WO2018135891A1 - Three-dimensional cell culturing scaffold comprising mammal-derived mesenchymal stem cell or cell differentiated therefrom, three-dimensional cell culturing method using same, drug screening method using same, and use thereof - Google Patents

Three-dimensional cell culturing scaffold comprising mammal-derived mesenchymal stem cell or cell differentiated therefrom, three-dimensional cell culturing method using same, drug screening method using same, and use thereof Download PDF

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WO2018135891A1
WO2018135891A1 PCT/KR2018/000875 KR2018000875W WO2018135891A1 WO 2018135891 A1 WO2018135891 A1 WO 2018135891A1 KR 2018000875 W KR2018000875 W KR 2018000875W WO 2018135891 A1 WO2018135891 A1 WO 2018135891A1
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WO
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cells
cell culture
adipocytes
mesenchymal stem
dimensional
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PCT/KR2018/000875
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김기영
박성범
최경진
정원훈
강덕진
김영은
이동목
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한국화학연구원
한국표준과학연구원
한국생산기술연구원
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
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    • C12N11/02Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/10Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a carbohydrate
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing

Definitions

  • the present application relates to a three-dimensional cell culture construct comprising a mammalian-derived mesenchymal stem cell in alginate hydrogel or a cell differentiated therefrom, a three-dimensional cell culture method using the same, a drug screening method using the same, and a use thereof.
  • Cell culture is the most basic research method in the field of biotechnology, and is widely used not only for studying the function of living organisms but also for studying human diseases. Although more than 40 years have passed since the development and establishment of general eukaryotic cell culture methods, the most commonly used method to support the growth of adherent cells is polystyrene or glass. Cell culture on a two-dimensional surface made of glass substrates. However, cells grown by the two-dimensional cell culture method, which is a monolayer cell culture method, show many differences from cells that are attached to an extracellular matrix and grow in a three-dimensional biological tissue environment.
  • two-dimensional and three-dimensional cell cultures show overall morphological differences, and also many expressions of receptor expression, gene transcription, cell migration and apoptosis occur through conventional two-dimensional cell culture. Since complex life phenomena differ greatly from those occurring in real tissues, the two-dimensional cell culture method has a problem in that it cannot accurately reflect the physiological environment of living cells in three dimensions.
  • Korean Patent Publication No. 10-2016-0021352 discloses a three-dimensional cell culture system and a drug screening system using the same.
  • the three-dimensional scaffolds developed to date have technical limitations because they cannot simulate various complex in vivo structures formed by cell-cell interactions such as actual tissues or organs.
  • the present invention provides the interaction between cells while mammalian-derived cells, including humans and rodents, are cultured in a three-dimensional environment such as in vivo.
  • the purpose of this study was to develop a three-dimensional cell culture construct and a three-dimensional cell culture method using the same, which have a function similar to adipose tissue.
  • a first aspect of the present application Alginate hydrogel; And a three-dimensional cell culture construct comprising a mesenchymal stem cell derived from mammal or a cell differentiated therefrom and a macrophage, monocyte or cell differentiated therefrom derived from a mammal, contained in the alginate hydrogel. Can be provided.
  • a second aspect of the present disclosure provides a method for preparing a mixture of (a) a mesenchymal stem cell derived from a mammal or a cell differentiated therefrom, a macrophage derived from a mammal, a monocyte or a cell differentiated therefrom, and a mixture of alginate solutions; (b) gelling the mixture to prepare an alginate hydrogel comprising the cells; And (c) culturing and / or differentiating the cells in the hydrogel.
  • a three-dimensional cell culture construct according to the first aspect of the present invention is cultured in adipocyte differentiation medium to differentiate the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom into adipocytes; Treatment of drug candidates with differentiated adipocytes; And analyzing at least one of gene expression, protein expression, and enzyme activity of the adipocytes.
  • a fourth aspect of the present disclosure may provide for use for drug screening of a three-dimensional cell culture construct according to the first aspect of the present disclosure.
  • mammalian-derived mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells and monocytes and / or macrophages are co-cultured in a three-dimensional cell culture construct to convert the mesenchymal stem cells and / or fat progenitor cells into adipocytes.
  • adipose tissue-like structures formed in the hydrogel scaffold may exhibit gene expression and protein activity similar to adipose tissue in vivo having metabolic diseases such as obesity, insulin resistance, or type 2 diabetes, depending on the formation conditions. It can be usefully used for research and new drug development for the treatment of metabolic diseases related to adipose tissue.
  • FIG. 1 is a bead form that can be produced in various sizes to culture monocytes and / or adipose progenitors and monocytes and / or macrophages derived from humans or rodents prepared according to one embodiment of the present disclosure (FIG. 1A ) And photographic images of three-dimensional cell culture constructs in the form of lattice (FIG. 1B).
  • Figure 2 is a fluorescence microscope image showing the survival rate of human-derived mesenchymal stem cells in a three-dimensional cell culture construct prepared according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 3 is a fluorescence microscope image showing that human-derived mesenchymal stem cells are differentiated into adipocytes in a three-dimensional cell culture construct prepared according to one embodiment of the present application.
  • FIG. 4 is an image of protein expression of adipocytes cultured and differentiated in three-dimensional (FIG. 4A) or two-dimensional (FIG. 4B) during the differentiation period, and a three-dimensional cell culture construct according to one embodiment of the present application. It is an image (Fig. 4c) to analyze the protein expression of fat cells according to the size.
  • Figure 5 is a schematic diagram comparing the expression of adipocyte marker protein cultured by three-dimensional and two-dimensional culture system according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 6 shows co-culture of human-derived mesenchymal stem cells with U937 monocytes differentiated with macrophages (FIG. 6A) or co-culture with RAW264.7 macrophages (FIG. 6B) according to one embodiment of the present disclosure.
  • Insulin resistance induced protein expression analysis result image.
  • Figure 7 is an image showing the process of differentiation of adipose progenitor cells derived from rodents into adipocytes in a three-dimensional cell culture construct prepared according to an embodiment of the present application compared with the two-dimensional cell culture.
  • FIG. 8 is an image showing protein expression of adipocytes cultured and differentiated in two or three dimensions (FIG. 8A), a graph quantifying protein expression (FIG. 8B), and adipocytes according to two- and three-dimensional culture systems. Schematic comparison of marker protein expression (FIG. 8C).
  • 9 is an image showing the differentiation efficiency of adipocytes by co-culture of macrophages in two and three dimensions.
  • FIG. 10 is an image and a graph (FIG. 10B) showing adipocyte and glucose uptake associated protein expression analysis results (FIG. 10A) and differentiation efficiency of adipocytes cultured and differentiated according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a graph (Fig. 11a) and rosiglitazone drug effect verification graph (Fig. 11b) for the results of glucose uptake analysis of adipocytes according to macrophages co-culture on three dimensions.
  • the term "combination of these" included in the expression of the makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the makushi form, wherein the constituent It means to include one or more selected from the group consisting of.
  • a first aspect of the present application Alginate hydrogel; And three-dimensional, comprising mesenchymal stem cells derived from mammals or cells differentiated therefrom and macrophage and / or monocytes derived from mammals, or cells differentiated therefrom, contained in the alginate hydrogels.
  • Cell culture constructs can be provided.
  • the cells differentiated from the mesenchymal stem cells may be adipose progenitor cells, and the cells differentiated from the monocytes may be macrophages, but may not be limited thereto.
  • the mesenchymal stem cells and / or monocytes and / or the fat progenitor cells and / or macrophages may be isolated from a living body or may be differentiated and / or cultured in vitro, but are not limited thereto. have.
  • the mesenchymal stem cells, adipose progenitors, monocytes and / or macrophages may be proliferated and / or differentiated in an alginate hydrogel of the three-dimensional cell culture construct.
  • the mammalian macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom may be included in the alginate hydrogel in an amount of about 1% relative to the number of mesenchymal stem cells derived from the mammals or cells differentiated therefrom. However, this may not be limited.
  • the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells and the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are monocytes or macrophages (especially when the mammal is a human), the mesenchymal stems In the process of differentiating cells into adipocytes through adipocytes, the monocytes also differentiate (active) into macrophages, and monocytes and / or differentiated (active) macrophages are derived from mesenchymal stem cells and / or cells differentiated therefrom. Differentiation of mesenchymal stem cells and / or differentiated cells into adipocytes may be regulated by intercellular interactions in a series of processes that are cocultured.
  • the process of mesenchymal stem cells differentiating into adipocytes via adipocytes may be induced and / or promoted and / or activated, but may not be limited thereto.
  • the process of differentiating mesenchymal stem cells into adipocytes via adipocytes can be controlled, thus functioning similar to adipose tissue in individuals with metabolic syndrome (metabolism, insulin resistance). It may be, but may not be limited thereto.
  • the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are adipose progenitors and the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are macrophages (especially when the mammal is a rodent), the adipose progenitors and / or Macrophages can be proliferated and / or differentiated in alginate hydrogels of the three-dimensional cell culture constructs.
  • alginate hydrogel scaffold is a common adipose tissue or metabolic syndrome disease caused by the differentiation and proliferation of cells during interculture of mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells and monocytes and / or macrophages.
  • Metabolic disease is a place where similar adipose tissue that functions similarly to adipose tissue of an individual is formed.
  • the mesenchymal stem cells are composed of the mesenchymal stem cells and / or fat progenitor cells and monocytes and / or macrophages in the three-dimensional structure of the hydrogel scaffold. Since the progenitor cells, or the progenitor cells, are differentiated into adipocytes, intercellular interactions are possible in all directions, such as cells in the living body, and the direction of proliferation is not unilateral, and the number of cells increases through differentiation and proliferation. If possible, the cells can continue to interact with the surrounding cells.
  • various metabolites secreted from the cells can be secreted in all directions, such as in vivo, rather than accumulating in a specific region, thereby preventing a non-uniform concentration gradient.
  • This feature induces intercellular interactions, such as in vivo, in co-culture of mesenchymal stem cells and / or adipose progenitors and monocytes and / or macrophages (including macrophages activated from monocytes) resulting in normal body fat.
  • Forming similar adipose tissue that functions like tissue, or co-culture conditions eg, the ratio of monocytes and / or macrophages
  • co-culture conditions eg, the ratio of monocytes and / or macrophages
  • adipose tissue in the body of an individual with metabolic syndrome disease is capable of forming similar adipose tissue that exhibits gene expression and protein activity more similar to adipose tissue in vivo.
  • the medium for proliferation and / or differentiation is treated with a hydrogel scaffold and the medium is subjected to a hydrogel scaffold.
  • the medium absorbed by the hydrogel scaffold should act on each cell.
  • the mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells contained in the hydrogel scaffold are proliferated and / or differentiated by the medium treatment, and the differentiated adipose progenitor cells and the adipocytes are treated with monocytes and / or macrophages. Interactions may exhibit functions similar to adipose tissue in individuals with normal adipose tissue or metabolic syndrome disease.
  • the concentrations of monocytes and / or macrophages in the cell culture constructs of the present invention are characterized by survival, differentiation and proliferation of mesenchymal stem cells, adipocytes and differentiated adipocytes when co-cultured with mesenchymal stem cells and / or adipocytes. And / or to form similar adipose tissue constructs. If the monocytes or macrophages are too few or do not exist at all, mesenchymal stem cells or adipocytes can be formed into adipose tissue by differentiating into adipocytes, but perform similar functions as those of individuals with metabolic syndrome disease.
  • monocytes or macrophages decrease the rate of differentiation into adipocytes, decrease the expression of adipocyte-specific genes and proteins, and decrease protein activity, resulting in fat in individuals with metabolic syndrome disease.
  • the formation of similar adipose tissue structures that function similarly to tissues is reduced and cannot represent metabolic syndrome disease.
  • the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom may be mesenchymal stem cells, and the macrophages, monocytes, or cells differentiated therefrom may be monocytes.
  • the content of monocytes is about 2% or less, about 3% or less, about 4% or less, about 5% or less, about 6% or less, about 7% or less compared to the mesenchymal stem cells in the three-dimensional cell culture construct.
  • the content of the monocytes may be about 1 to 20%, about 1 to 10%, about 1 to 5%, or about 1 to 2% compared to the fat progenitor cells, but may not be limited thereto.
  • the monocytes are about 2% or less, about 3% or less, about 4% or less, about 5% or less, about 6% or less, about 7% or less, or about 8% or less, compared to mesenchymal stem cells.
  • the fats of individuals with actual metabolic syndrome such as differentiation into adipocytes and increased insulin resistance. Can exhibit organization-like functions.
  • the macrophage content is about 2% or less compared to the fat progenitor cells in the three-dimensional cell culture construct. It may be included in an amount, it may be included in an amount of about 1%, but may not be limited thereto.
  • the content of the macrophages may be about 0.1 to 10%, about 0.1 to 5%, about 0.1 to 2%, about 0.1 to 1% or about 1% compared to the fat progenitor cells, but may not be limited thereto. have.
  • the macrophages are contained in an amount of about 2% or less than the fat progenitor cells, in particular, the fat of the individual having actual metabolic syndrome or metabolic disease, such as the differentiation of the fat cells smoothly and the insulin resistance is increased. Can exhibit organization-like functions.
  • the mesenchymal stem cells may be adipose tissue derived mesenchymal stem cells (ADMSC), but may not be limited thereto.
  • ADMSC adipose tissue derived mesenchymal stem cells
  • the rodent when the mammal is a rodent, the rodent may include, but is not limited to, a mouse, rat, guinea pig or hamster.
  • the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom may be adipose progenitor cells and the monocytes or cells differentiated therefrom may be macrophages, in which case the content of macrophages is in a three-dimensional cell culture construct. It may be included in an amount of about 2% or less compared to the fat progenitor cells, and may be included in an amount of about 1%, but may not be limited thereto.
  • the content of the macrophages may be about 0.1 to 10%, about 0.1 to 5%, about 0.1 to 2%, or about 0.1 to 1% compared to the fat progenitor cells, but may not be limited thereto.
  • the macrophages when the macrophages are contained in an amount of about 2% or less than the fat progenitor cells, in particular, the fat of the individual having actual metabolic syndrome or metabolic disease, such as the differentiation of the fat cells smoothly and the insulin resistance is increased. Can exhibit organization-like functions.
  • the alginate hydrogel may include collagen, gelatin and alginate, but may not be limited thereto.
  • the content of the collagen, gelatin and alginate may be adjusted by those skilled in the art for the purpose of differentiating mesenchymal stem cells into adipocytes and / or adipocytes into adipocytes.
  • Hydrogels used herein are not particularly limited but may be used from algae, in particular from brown algae.
  • algal-derived hydrogels if the alginate content is not appropriate, the hydrogels may not remain stable and dissolve during the differentiation period of adipocytes in the hydrogel scaffold and subsequent experiments. In particular, when the content of alginate is too high, the growth and differentiation of cells can be suppressed.
  • Alginates are water soluble polymer electrolytes that can be crosslinked using polyvalent cationic salts such as calcium chloride.
  • the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells and the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom may be monocytes and / or macrophages, wherein avian For derived hydrogels, the alginate content is about 1-10% (w / v), 1-8% (w / v), 2-6, compared to adipocyte, monocyte and hydrogel mixtures for hydrogel scaffold production. % (w / v), 2-3% (w / v), 1-3% (w / v), 2-3% (w / v), or about 2% (w / v) may be used. .
  • the solubility of the cell culture construct is increased, and when it is high, the proliferation and viability of the cells is decreased.
  • the content of alginate derived from brown algae is less than 2% (w / v)
  • the survival and proliferation of adipocytes may be very active, but the form of the construct in co-culture of adipocytes and monocytes in a hydrogel scaffold May not be maintained for a long time, so that the culture of the construct may not be smooth for the duration of the study, which may cause difficulties in the application of the study.
  • the alginate hydrogel included in the cell construct of the present application may further include gelatin and collagen, and the content of gelatin and collagen may be about 0.1 to 5% (w / v) and about 0.2 to about the total hydrogel content, respectively. It may be about 2% (w / v), or about 0.5% (w / v), but is not limited thereto.
  • the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom may be adipocyte progenitors and the monocytes or cells differentiated therefrom may be macrophages, in which case alginate in the case of a hydrogel derived from algae
  • the content of about 1 to 10% (w / v), 1 to 8% (w / v), 1 to 6% (w / v), compared to adipocytes, macrophages and hydrogel mixtures for hydrogel scaffold generation, 1-3% (w / v), 1-3% (w / v), or 1.5-3% (w / v) may be used.
  • the solubility of the cell culture construct is increased, and when it is high, the proliferation and viability of the cells is decreased.
  • survival and proliferation of adipocytes can be very active when the alginate content from brown algae is less than 1% (w / v), but the structure of the adipocyte and macrophage co-culture in a hydrogel scaffold Does not last long and may present difficulties in the culture and application of the study. Therefore, when the alginate content is 1.5 to 3% (w / v), the shape of the hydrogel scaffold can be sufficiently maintained until the formation of similar adipose tissue, and the survival and proliferation of the adipocytes can be kept constant.
  • the alginate hydrogel included in the cell construct of the present application may further include gelatin and collagen, and the content of gelatin and collagen may be about 0.1 to 5% (w / v) and about 0.2 to about the total hydrogel content, respectively. It may be about 2% (w / v), or about 0.5% (w / v), but is not limited thereto.
  • the three-dimensional cell culture constructs of the present disclosure may be present in cell culture medium and / or cell differentiation medium, but may not be limited thereto.
  • the medium is adipocytes, monocytes, and / or differentiated from mesenchymal stem cells, adipocytes, adipocytes via hydrogels. Or act on macrophages.
  • the cell differentiation medium may be, but may not be limited to, adipocyte progenitor differentiation medium and / or adipocyte differentiation medium.
  • the adipocyte progenitor differentiation medium and / or adipocyte differentiation medium are those required in the art to differentiate mesenchymal stem cells into adipocytes and / or to differentiate adipocytes into adipocytes.
  • the constituents and / or factors of the media to be considered may be included, and the kind and / or concentration of the components or factors included may be easily adjusted by those skilled in the art.
  • the mesenchymal stem cells may be included in the alginate hydrogel of about 1 ⁇ 10 5 cells / mL to 1 ⁇ 10 7 cells / mL, for example, about 1 ⁇ 10 6 cells / mL It may be included, but may not be limited thereto.
  • the adipocytes may be included in the alginate hydrogel 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, for example about 1.2 x 10 6 cells / mL can be included However, this may not be limited.
  • the monocyte may be included in about 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL in the alginate hydrogel, but may not be limited thereto.
  • the monocytes may be included in the alginate hydrogel about 1 ⁇ 10 4 cells / mL.
  • the macrophages may be included in the alginate hydrogel 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL, but may not be limited thereto.
  • the macrophages may be included in the alginate hydrogel about 6 ⁇ 10 4 cells / mL.
  • the number of mesenchymal stem cells and / or adipocytes to be mixed when the hydrogel scaffold is prepared in the present invention can be adjusted according to the design of the mixture or hydrogel scaffold, the desired differentiation or proliferation rate, and the like. However, this may not be limited.
  • the number of cells mixed with the hydrogel is increased, the proliferation rate increases as the culture time passes, so the number of mesenchymal stem cells and / or fat progenitor cells mixed with the hydrogel is preferably 1 x 10 5 cells / ml or more. It may not be limited. If the number of mesenchymal stem cells and / or fat progenitor cells is less than 1 ⁇ 10 5 cells / ml, proliferation may not be performed smoothly.
  • a second aspect of the present disclosure provides a method for preparing a mixture of (a) a mesenchymal stem cell derived from a mammal or a cell differentiated therefrom, a macrophage derived from a mammal, a monocyte or a cell differentiated therefrom, and a mixture of alginate solutions; (b) gelling the mixture to prepare an alginate hydrogel comprising the cells; And (c) it can provide a three-dimensional cell culture method comprising culturing and differentiating the cells in the hydrogel.
  • the alginate solution may include collagen, gelatin and alginate, but may not be limited thereto.
  • gelling cells and alginate solutions in the present invention to form alginate hydrogel scaffolds may be performed using a three-dimensional cell-printing system with a dispenser, but may not be limited thereto.
  • the three-dimensional cell-printing system is a system used to generate three-dimensional hydrogel scaffolds.
  • the system may have an x-y-z stage, dispenser, syringe nozzle, compression controller and computer system for three-dimensional cell-printing.
  • the structure and composition of the hydrogel scaffold may be appropriately formed by, but not limited to, the components and concentrations contained in the mixture, the design through the program, the pressure and / or rate in cell-floating.
  • the shape of the hydrogel scaffold for cell co-culture may be, for example, bead or grid, but may not be limited to this shape.
  • gelling the mixture may be performed by dropping the mixture in the form of beads, but may not be limited thereto.
  • gelling the mixture may be carried out using a three-dimensional cell-printing system or by dropping the liquid mixture into a solvent such as saline or buffer using a syringe.
  • the solvent may be calcium chloride and / or magnesium chloride aqueous solution, but may not be limited thereto.
  • the mammal may be a human, in which case the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells, and the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom may be monocytes.
  • the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells
  • the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom may be monocytes.
  • this may not be limited.
  • the mesenchymal stem cells may be adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, but may not be limited thereto.
  • the three-dimensional cell culture method of the present application may further include differentiating the mesenchymal stem cells into adipocytes in the hydrogel, but may not be limited thereto.
  • the three-dimensional cell culture method of the present application may further include differentiating the monocytes into macrophages in the hydrogel, but may not be limited thereto.
  • the three-dimensional cell culture method of the present application may further include differentiating the adipocytes into adipocytes, but may not be limited thereto.
  • the differentiated adipocytes may be to express a marker selected from the group consisting of C / EBPa, PPAR ⁇ 2, ACC, FAS, perilipin, and FABP, but is not limited thereto. Can be.
  • the differentiated adipocytes may express other markers known to normally express human-derived adipocytes in addition to the markers, and may not express other markers known to not express if human-derived adipocytes are normal.
  • the differentiated adipocytes may form similar adipose tissue that functions similar to the adipose tissue of an individual having normal adipose tissue or metabolic syndrome disease, but may not be limited thereto.
  • the similar adipose tissue may be similar in form and / or function and / or gene expression and / or protein expression to the adipose tissue of a subject having normal adipose tissue or metabolic syndrome disease in the human body, and thus the response to an external drug may also be Similar to in vivo.
  • the mesenchymal stem cells may be included in the mixture about 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, but may not be limited thereto.
  • the mesenchymal stem cells may be included in the mixture about 1 x 10 6 cells / mL.
  • the monocyte may be included in the mixture of about 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL, but may not be limited thereto.
  • the monocytes may be included in the mixture about 1 ⁇ 10 4 cells / mL.
  • the mammal may be a rodent selected from mouse, rat, guinea pig or hamster, in which case the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are adipose progenitor cells and differentiated from monocytes or therefrom
  • the cells may be macrophages, but may not be limited thereto.
  • the three-dimensional cell culture method of the present application may further include differentiating the adipocytes into adipocytes in the hydrogel, but may not be limited thereto.
  • the differentiated adipocytes may be to express a marker selected from the group consisting of CEBP ⁇ , PPAR ⁇ , phospho-AKT, FABP4, FAS, ACC and GLUT4, This may not be limited.
  • the differentiated adipocytes may express other markers in addition to the markers, which are known to normally express rodent-derived adipocytes, and may not express other markers not known if the rodent-derived adipocytes are normal.
  • the differentiated adipocytes may form similar adipose tissue that functions similar to the adipose tissue of an individual having normal similar adipose tissue or metabolic syndrome, but may not be limited thereto.
  • the similar adipose tissue may be similar in form and / or function and / or gene expression and / or protein expression to adipose tissue in normal individuals or individuals with metabolic syndrome, so the response to external drugs is similar to that in vivo. can do.
  • the adipocytes may be included in the mixture 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, but may not be limited thereto.
  • the adipocytes can be included in the mixture about 1.2 x 10 6 cells / mL.
  • the macrophage may be included in the mixture 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL, but may not be limited thereto.
  • the macrophages may be included in the mixture at about 2.4 ⁇ 10 4 cells / mL.
  • a three-dimensional cell culture construct according to the first aspect of the present invention is cultured in adipocyte differentiation medium to differentiate the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom into adipocytes; Treatment of drug candidates with differentiated adipocytes; And analyzing at least one of gene expression, protein expression, and enzyme activity of the adipocytes.
  • the drug screening method of the present disclosure may include comparing one or more of gene expression, protein expression, and enzyme activity of the adipocytes before and after treating the drug candidate, but is not limited thereto. It may not be.
  • the comparison of gene expression and / or protein expression and / or enzyme activity may be performed using gene expression analysis methods and / or protein expression analysis methods and / or enzyme activity analysis methods well known in the art. have.
  • the drug screening method of the present application may be for the search for a drug for the prevention or treatment of metabolic disease (metabolic syndrome disease), but may not be limited thereto.
  • the metabolic disease may be obesity, insulin resistance or type 2 diabetes, but may not be limited thereto.
  • a fourth aspect of the present disclosure may provide for use for drug screening of a three-dimensional cell culture construct according to the first aspect of the present disclosure.
  • Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADMSCs), human mesenchymal stem cells from adipose tissue (CEMS Bio Inc.). U937 monocytes (ATCC # CRL-1593.2) and RAW264.7 macrophage (ATCC # TIB-71) were purchased from the American Type Culture Collection (ATCC). ADMSC and U937 consisted of 10% ADMSC supplemented medium (CEFO Bio Inc., Seoul, Korea) and ADMSC containing 1% of a mixture of 100 ⁇ g / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin (Invitrogen, CA, USA) It was maintained in growth medium (CEFO Bio Inc., Seoul, Korea).
  • Three-dimensional cell-loading systems were used to assemble three-dimensional dispensing structures.
  • the system consists of an x-y-z stage, a dispenser, a syringe nozzle, a compression controller, and a computer system.
  • the dispenser is a reservoir tank containing a hydrogel.
  • the computer system regulates the air pressure of the cell-hydrogel mixture in the dispenser.
  • the air pressure of the cell-loading system was adjusted to 50-120 kPa. Constant air pressure was applied to the dispenser.
  • Hydrogels constructed using the cell-loading system contained alginate (2% -3%), gelatin (0.5% -1.0%), and collagen (0.5%).
  • Bead or lattice form hydrogel scaffolds were prepared using a cell-loading system containing alginate, gelatin and collagen.
  • Medium viscosity sodium alginate, calcium chloride, gelatin and collagen type 1 derived from brown algae were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA).
  • Alginate mixed with collagen, gelatin and cells was placed in a dispenser with a 0.2 mm to 1 mm nozzle for cell-mixture printing.
  • 1A is a photographic image showing representative morphology of various three-dimensional bead shaped alginate hydrogels. For its preparation, an alginate mixed with collagen, gelatin and cells was placed in the dispenser, and the cell-mixture was then dropped through dispenser nozzles of 0.5 mm (group 2) and 1 mm (group 1).
  • 1B is a photographic image showing a representative form of the lattice form alginate hydrogel.
  • Seeding density of ADMSC (1 ⁇ 10 6 cells / ml) and U937 (1 ⁇ 10 4 to 1 ⁇ 10 5 cells / ml) and RAW264.7 (1 ⁇ 10 4 to 3 ⁇ 10 4 cells / ml) was controlled using a disposable hemocytometer-based cytometer (SKC Co. Ltd., Seoul, Korea) and an inverted microscope (Eclipse TE2000-U, Nikon, Tokyo, Japan).
  • Cell-hydrogel mixtures were made into bead form scaffolds using a cell-loading system. Cells in the prepared hydrogels were observed by a live / dead cell assay using a fluorescence microscope (Nikon, Tokyo, Japan).
  • the resulting bead form scaffolds or two-dimensional cultured ADMSCs were differentiated into adipocytes and adipocytes by differentiation medium.
  • For the two-dimensional culture experimental group 0.5 x 10 5 cells / mL of fat progenitor cells were cultured on a 6-well cell culture plate using the same medium as the three-dimensional culture and used for the experiment. .
  • differentiation medium containing 50 ⁇ g / ml insulin, 500 ⁇ M isobutylmethylxanthine (IBMX), 1 ⁇ M dexamethasone (DEX) and 50 ⁇ M indomethacin (INDO) Cultured and cultured for 15 days in differentiation medium containing 50 ⁇ g / ml insulin, 500 ⁇ M IBMX, 1 ⁇ M DEX and 50 ⁇ M INDO for differentiation into adipocytes.
  • IBMX isobutylmethylxanthine
  • DEX dexamethasone
  • INDO indomethacin
  • adipocyte differentiation medium 10 ng / ml PMA (phorbol 12-myristate 13-acetate) and 100 ng / ml LPS (lipopolysaccharide) were added to the adipocyte differentiation medium to maintain differentiation and activity to macrophages. It was also added during the adipocyte differentiation period.
  • RAW264.7 macrophages were incubated with adipocyte differentiation medium, such as ADMSC, for 18 days during adipocyte differentiation and adipocyte differentiation.
  • the medium was exchanged with insulin free medium containing 10% FBS. Cells were incubated for one day in growth medium.
  • Three-dimensional fabricated bead-shaped scaffolds in 24-well plates were placed in 1 ml of medium containing 100 ⁇ l of CCK-8 and incubated for 37 to 4 hours, followed by micro-plate spectrophotometer (BIORAD, Inc., Korea) absorbance at 450 nm was measured.
  • Adipose particle staining of mature adipocytes in three-dimensional bead form scaffolds was performed using Boron-dipyrromethene (BODIPY 493/503) (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA).
  • BODIPY 493/503 stock solution (2 mg / ml) in dimethyl sulfoxide (DMSO) was prepared and diluted to 1 / 2,000 (1 ⁇ g / ml BODIPY) in HBSS for staining.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • the paraformaldehyde solution was removed by three HBSS washes, and the scaffolds were stained for 37 to 30 minutes with 1 ml of diluted BODIPY. Stained fat particles in the scaffold were washed twice by HBSS and visualized using fluorescence microscopy.
  • the conversion of 2-dioxy-D-glucose-6-phosphate from deoxy-D-glucose was measured.
  • Adipose progenitors were induced for up to 3 days from ADMSCs in tissue culture plates and adipogenesis was induced for up to 18 days from ADMSCs in tissue culture plates for glucose uptake assessment. After complete differentiation, insulin dependence-glucose uptake was measured quantitatively by colorimetric analysis using a glucose uptake assay kit (Abcam, UK) according to the manufacturer's instructions.
  • Results plots are expressed as mean ⁇ mean standard error (S.E.M). Statistical significance was analyzed using GraphPad Prism software (GraphPad Software Inc., La Jolla, CA, USA). Statistical significance was analyzed by Student's T test or one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey's multiple-comparison test.
  • Figure 2 shows the morphology of ADMSC in three-dimensional bead form hydrogels.
  • Cell morphology was analyzed using a cell survival assay kit (Invitrogen, Carlsbad, Calif.) And observed using a fluorescence microscope. Living cells express green fluorescence and dead cells express red fluorescence (arrows).
  • the constructed ADMSC bead morph scaffolds showed excellent cell viability by cell survival analysis (FIG. 2). Viable cells were identified with green fluorescence images and dead cells were identified with red fluorescence images.
  • the alginate concentration of the hydrogel scaffolds used was 2% and the cells in these 2% alginate hydrogel scaffolds remained rounded for 18 days to a month. In previous studies, proliferation at various alginate concentrations (2% to 4%) has been studied. As a result, cells in the 2% alginate scaffold showed excellent viability.
  • FIG. 3 is a fluorescence image of adipocytes in a three-dimensional alginate scaffold. Morphology of cells was analyzed using the BODIPY Adipose Staining Assay Kit and visualized at 40 ⁇ magnification. To confirm that the alginate hydrogel system differentiated ADMSCs into adipocytes and mature adipocytes, ADMSCs were cultured and differentiated into adipocytes. In addition, adipocytes differentiated from ADMSCs were induced using differentiation media additives such as DEX, IBMX, INDO and insulin during the 15-day differentiation period.
  • differentiation media additives such as DEX, IBMX, INDO and insulin during the 15-day differentiation period.
  • ADMSCs in the three-dimensional bead form scaffolds treated with these additives were differentiated for a total of 18 days, and it was observed that they had good cell viability in the three-dimensional bead form alginate hydrogel scaffolds. After 18 days, evenly distributed fat particles were observed in the cytoplasm of mature adipocytes by BODIPY adipose staining analysis (FIG. 3).
  • 4A-4C are images showing time-dependent expression of adipocyte markers in two-dimensional culture and three-dimensional bead form alginate scaffold culture of ADMSC.
  • fat formation was induced for up to 18 days in two- and three-dimensional bead form alginates.
  • ADMSCs were seeded at 1 ⁇ 10 6 cells / ml in 6 -well plates and cell-hydrogel mixtures, respectively.
  • 5 is a schematic diagram of comparative analysis of adipocyte marker protein expression time points in two- and three-dimensional culture systems.
  • adipocyte marker expression increased significantly during the period of incubation and differentiation in the three-dimensional hydrogel scaffold.
  • C / EBPa protein was expressed after 3 days.
  • PPA ⁇ 2 protein was expressed after 5 days.
  • ACC, FAS, ferritin and FABP were expressed after 7 days (FIG. 4A).
  • C / EBPa protein was expressed after 2-4 days.
  • PPAR ⁇ 2 protein was expressed after 6 days.
  • ACC and FAS were expressed after 6 days.
  • Periripin protein was expressed after 7 days.
  • FABP4 protein was expressed after 11 days (FIG. 4B).
  • lipogenic marker expression of ADMSC in three-dimensional alginate bits was observed to be relatively fast (FIGS. 4 and 5).
  • ADMSC adipocytes in the presence or absence of activated U937 (1 ⁇ 10 4 cells / ml) with a three-dimensional bead form scaffold (1 ⁇ 10 6 cells / ml). Morphology of cells was analyzed using the BODIPY Adipose Staining Assay Kit and visualized at 40 ⁇ magnification.
  • fatty acid synthesis-related markers FABP4, FAS, and ACC was higher in three-dimensional adipocytes and co-culture scaffolds than in three-dimensional ADMSC adipocyte scaffolds.
  • expression patterns and fat fluorescence images were similar to adipocytes cultured without monocytes.
  • Glucose metabolism-related marker expression and phosphorylation, such as GLUT4 and Akt phosphorylation was significantly increased in three-dimensional adipocyte scaffolds compared to three-dimensional adipocyte scaffolds.
  • GLUT4 expression in three-dimensional co-culture scaffolds was reduced than in three-dimensional adipocyte scaffolds.
  • the insulin treated 3D adipocyte group showed a slight improvement in glucose uptake but no significant difference compared to the insulin untreated adipocytes.
  • Three-dimensional adipocyte groups showed significantly improved glucose uptake levels compared to three-dimensional adipocyte scaffolds.
  • Insulin treated three-dimensional adipocyte groups showed significantly improved glucose uptake levels compared to insulin untreated adipocyte groups.
  • the three-dimensional coculture group showed slightly improved glucose uptake levels compared to the three-dimensional adipocyte group.
  • the insulin treated three-dimensional co-culture group showed a slight improvement in glucose uptake levels, indicating levels of the insulin untreated adipocyte group.
  • Glucose uptake levels in the insulin treated three-dimensional coculture group were regulated by activated U937 macrophages or RAW264.7 macrophages, although insulin increased glucose uptake levels.
  • Rodent-derived adipose progenitor cells from C57BL / 6 mice, # C57-6269, Cell biologics, USA
  • mouse-derived macrophages RAW264.7 # TIB-71, ATCC
  • Human adipocyte derived MSC growth comprising 10% derived ADMSC (adipose-derived mesenchymal stem cell) growth aid (CEFO BIO, KOR) and 1% mixture of 100 ⁇ g / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin (Invitrogen) Culture medium (Human ADMSC Growth Medium, CEFO BIO) using a culture incubator at 37, 5% CO 2 conditions.
  • ADMSC adipose-derived mesenchymal stem cell growth aid
  • Invitrogen Invitrogen
  • the cells were washed with DPBS (Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline, Gibco) and incubated for one minute in a 37, 5% CO 2 incubator by adding 2 ml of 0.2% trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (Invitrogen) to the medium. It was. The cell suspension was then centrifuged for 2 minutes at 1,500 rpm and cell pellets were obtained and used for the experiment.
  • DPBS Dynabecco's Phosphate-Buffered Saline, Gibco
  • FIG. 1A is a hydrogel scaffold made in the form of beads
  • FIG. 1B is a hydrogel scaffold made in the form of lattice (horizontal, vertical and height respectively 2 cm ⁇ 2 cm ⁇ 2 mm).
  • the prepared hydrogel scaffolds stabilize proliferation and stabilization of cells for one day in human ADMSC growth medium containing 100 ⁇ g / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin (Invitrogen), and 10% human ADMSC growth supplement (CEFO BIO). Induced and then used for experimental purposes.
  • Hydrogel scaffolds or two-dimensional cultured cells were grown in 10 ⁇ g / ml insulin, 0.5 mM isobutyl-1-methylxanthine, 1 ⁇ M dexamethasone, 200 ⁇ M indomethacin and ADMSC Differentiation into adipocytes was induced for 2 to 8 days using differentiation induction medium containing 10% supplement. Culture medium was replaced every two days at maximum.
  • hydrogel scaffolds in which adipocytes were differentiated into adipocytes the fat particles of mature adipocytes were converted to boron-dipyrromethene (BODIPY) (BODIPY 493/503, Invitrogen), and the nucleus was made to DAPI (4 ', 6-diamidino-2-phenylindole, dihydrochloride) (DAPI 658/461, Life technologies). After staining was completed, washed twice with PBS, and then the colored fat particles were identified using a fluorescence microscope (interruption (B-bead form hydrogel scaffold) and bottom (C lattice form hydrogel scaffold) of FIG. 7), And bottom (B) of FIG. 9, top of FIG. 10B).
  • BODIPY boron-dipyrromethene
  • DAPI 658/461 6-diamidino-2-phenylindole, dihydrochloride
  • AdipoRed (Lonza) was used to stain the adipocyte fat particles, and then graphically display the values measured by a fluorescence analyzer (Fluorescent microplate reader, Molecular Biology). graph).
  • fluorescence analyzer Fluorescent microplate reader, Molecular Biology. graph.
  • the fat was stained with Oil Red O (Sigma) during the same culture period, and the nuclei were stained with Hematoxylin (Sigma) to confirm the production of fat particles (Fig. Top of 7 (A)).
  • hydrogel scaffolds co-cultured with macrophages and scaffolds cultured with adipocytes alone were used for 2-NBDG (2- (N- (7-Nitrobenz-2-oxa-1, 3-diazol).
  • Glucose uptake assay was performed using -4-ul) Amino) -2-Dedoxyglucose) (Invitrogen).
  • the amount of fluorescent material remaining in the cells by glucose (2-NDBG) synthesis synthesized to express fluorescence was graphically normalized to the amount of total DNA (FIGS. 11A and 11B).
  • hydrogel beads containing 2% to 3% alginate a size of 6.036 ⁇ 0.55 mm in diameter was measured and weighed about 49.30 ⁇ 4.74 mg (FIG. 1A).
  • a total of ten hydrogel beads were randomly drawn to measure the size and weight to calculate the average and standard deviation values.
  • the hydrogel beads can be manufactured in a very uniform size and weight according to the method of the present embodiment. It became.
  • the width (cm) x length (cm) x height (mm) is equal to 2.0 x 2.0 x 2t. Was made (FIG. 1B).
  • FIG. 7 microscopic image
  • FIG. 8A Quantuminative Analysis
  • FIG. 8B Quantitative Analysis
  • 8C is a schematic diagram comparing the time points of expression of adipocyte specific transcription factors and proteins in two- and three-dimensional cultured cells.
  • the fat particles colored by green fluorescence by BODIPY were confirmed from the second day of culture, and the size and distribution of the intracellular fat particles were widened in proportion to the differentiation induction period (FIG. 7). Interruption (B) and bottom (C)).
  • the red fat particles colored by Oil Red O were identified from the 4th day of culture, which increased in proportion to the differentiation induction period (top (A) of FIG. 7). The fat particle staining method was confirmed that the differentiation rate and efficiency of the cells induced differentiation in the three-dimensional environment compared to the two-dimensional environment.
  • the expression level of the adipocyte marker according to the differentiation period is expressed as * P ⁇ 0.05, ** P ⁇ 0.01, *** P ⁇ 0.001 mean ⁇ standard deviation (SD) value compared to the two-dimensional cultured cells It was.
  • the degree of differentiation into adipocytes according to the concentration of co-cultured macrophages was confirmed by fat particle staining using BODIPY. Differentiation was induced by co-culture of 1% to 10% of macrophages and adipose progenitor cells in a hydrogel scaffold, resulting in differentiation of co-cultured adipocytes into adipocytes, but co-culture with 10% of macrophages. It was confirmed that the production of fat particles was relatively reduced.
  • co-culture of macrophages and adipose progenitor cells in a hydrogel scaffold cell culture method induces differentiation into adipocytes for 2 days and 6 days, and then the expression level of adipocyte specific expression proteins according to the concentration of co-cultured macrophages.
  • the concentration of macrophages increased, the activities of PPAR ⁇ and phospho-AKT, which are the major transcription factors of adipocytes, and the expression of FABP4, ACC, FAS and GLUT4, proteins involved in adipocyte maturation and intracellular fat accumulation, It was confirmed that the decrease.
  • insulin resistance which is a major cause of metabolic syndrome in vivo in vivo
  • a three-dimensional hydrogel scaffold which was reduced by rosiglitazone.

Abstract

The present invention relates to a three-dimensional cell culturing scaffold comprising mammal-derived mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom in alginate hydrogel, a three-dimensional cell culturing method using the same, a drug screening method using the same, and use thereof.

Description

포유동물 유래 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포를 포함하는 3 차원 세포배양 구조체, 이를 이용한 3 차원 세포배양 방법, 이를 이용한 약물 스크리닝 방법 및 이의 용도Three-dimensional cell culture construct comprising mammalian-derived mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom, three-dimensional cell culture method using the same, drug screening method using the same and use thereof
본원은 알지네이트 하이드로겔 내의 포유동물 유래 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포를 포함하는 3 차원 세포배양 구조체, 이를 이용한 3 차원 세포배양 방법, 이를 이용한 약물 스크리닝 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.The present application relates to a three-dimensional cell culture construct comprising a mammalian-derived mesenchymal stem cell in alginate hydrogel or a cell differentiated therefrom, a three-dimensional cell culture method using the same, a drug screening method using the same, and a use thereof.
세포의 배양은 바이오 분야 연구에서 가장 기본이 되는 연구 방법으로서 생명체의 기능 연구뿐만 아니라 인체 질환을 연구하는 데에도 매우 광범위하게 이용되고 있다. 일반적인 진핵세포(eukaryotic cell)의 세포배양 방법이 개발 및 확립된지도 40 여년이 경과되었지만, 부착성 세포(adherent cell)의 성장을 지지하기 위해 현재까지 가장 흔히 사용되고 있는 방법은 폴리스티렌(polystyrene) 혹은 유리(glass)로 된 기질로 이루어진 2 차원 표면에서 세포를 배양하는 것이다. 그러나, 단층 세포배양 방법인 2 차원적 세포배양법에 의해 성장하는 세포는 세포외기질(extracellular matrix)에 부착되어 3 차원적 생체조직 환경에서 성장하는 세포와 많은 차이점을 나타낸다. 따라서, 2 차원적 및 3 차원적 세포배양은 전반적인 형태학적 차이를 나타내며, 또한 통상적인 2 차원적 세포배양을 통하여 일어나는 수용체의 발현, 유전자의 전사조절, 세포의 이동 및 세포자멸사(apoptosis) 등 많은 복잡한 생명 현상이 실제 생체 조직환경에서 일어나는 현상과 크게 다르기 때문에, 2 차원적 세포배양 방법은 3 차원 상에서 세포가 성장하는 생체의 생리적 환경을 정확히 반영할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.Cell culture is the most basic research method in the field of biotechnology, and is widely used not only for studying the function of living organisms but also for studying human diseases. Although more than 40 years have passed since the development and establishment of general eukaryotic cell culture methods, the most commonly used method to support the growth of adherent cells is polystyrene or glass. Cell culture on a two-dimensional surface made of glass substrates. However, cells grown by the two-dimensional cell culture method, which is a monolayer cell culture method, show many differences from cells that are attached to an extracellular matrix and grow in a three-dimensional biological tissue environment. Thus, two-dimensional and three-dimensional cell cultures show overall morphological differences, and also many expressions of receptor expression, gene transcription, cell migration and apoptosis occur through conventional two-dimensional cell culture. Since complex life phenomena differ greatly from those occurring in real tissues, the two-dimensional cell culture method has a problem in that it cannot accurately reflect the physiological environment of living cells in three dimensions.
실제로, 비만, 당뇨, 동맥경화 등과 같은 대사성 질환(metabolic disease)의 치료제 개발 시에, 초기 시험관 내(in vitro) 실험에서는 우수한 약효를 보였던 약물들이 생체 내(in vivo) 동물 실험에서는 약효가 현저히 떨어지는 등 신약 개발에 많은 어려움이 따르고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 치료제 개발의 초기 단계에서부터 약물의 정확한 효능 및 독성을 예측할 수 있는 생체 내 모델과 유사한 시험관 내 모델이 필요하다.Indeed, when developing drugs for metabolic diseases, such as obesity, diabetes, and atherosclerosis, drugs that showed good efficacy in early in vitro experiments were significantly less effective in in vivo animal experiments. There are many difficulties in developing new drugs. To address these issues, an in vitro model similar to an in vivo model is needed that can predict the correct efficacy and toxicity of a drug from the early stages of drug development.
외부 약물에 대한 생체 내 조직에서의 반응 및 기능 연구를 위해 조직 공학 또는 생명 공학 분야에서는 3 차원 스캐폴드(scaffold)를 이용한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 3 차원 인공 조직 스캐폴드에 의해 세포 분화 기전, 질병 치료제 개발, 및 조직 재생 등과 같은 연구들이 수행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 10-2016-0021352호는 3 차원 세포배양 시스템 및 이를 이용한 약물 스크리닝 시스템을 개시하고 있다. 그러나, 현재까지 개발된 3 차원 스캐폴드는 실제 조직이나 기관과 같이 세포와 세포간의 상호작용에 의해 구성되는 다양하고 복잡한 생체 내 구조를 모사할 수 없어 기술적인 한계가 존재하였다. In the field of tissue engineering or biotechnology, studies using three-dimensional scaffolds are actively conducted to study the reaction and function of in vivo tissues to external drugs, and cell differentiation by such three-dimensional artificial scaffolds. Studies such as mechanisms, disease treatment development, and tissue regeneration are being conducted. For example, Korean Patent Publication No. 10-2016-0021352 discloses a three-dimensional cell culture system and a drug screening system using the same. However, the three-dimensional scaffolds developed to date have technical limitations because they cannot simulate various complex in vivo structures formed by cell-cell interactions such as actual tissues or organs.
[특허문헌 1][Patent Document 1]
한국공개특허 제10-2016-0021352호Korean Patent Publication No. 10-2016-0021352
상기한 문제를 해결하고 대사성 질환 치료제 개발을 위한 신약 후보 물질을 빠르고 효율적으로 발굴하기 위해, 본원에서는 인간 및 설치류를 포함하는 포유동물 유래 세포들이 생체 내와 같은 3 차원 환경에서 배양되면서 세포간 상호작용을 통해 생체 지방조직과 유사한 기능을 나타내게 하는 3 차원 세포배양 구조체 및 이를 이용한 3 차원 세포배양 방법을 개발하고자 하였다. In order to solve the above problems and to quickly and efficiently discover new drug candidates for the development of therapeutic agents for metabolic diseases, the present invention provides the interaction between cells while mammalian-derived cells, including humans and rodents, are cultured in a three-dimensional environment such as in vivo. The purpose of this study was to develop a three-dimensional cell culture construct and a three-dimensional cell culture method using the same, which have a function similar to adipose tissue.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 알지네이트 하이드로겔; 및 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 포함된, 포유동물 유래의 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포 및 포유동물 유래의 마크로파지(macrophage), 단핵구(monocyte) 또는 그로부터 분화된 세포를 포함하는, 3 차원 세포배양 구조체를 제공할 수 있다.A first aspect of the present application, Alginate hydrogel; And a three-dimensional cell culture construct comprising a mesenchymal stem cell derived from mammal or a cell differentiated therefrom and a macrophage, monocyte or cell differentiated therefrom derived from a mammal, contained in the alginate hydrogel. Can be provided.
본원의 제 2 측면은, (a) 포유동물 유래의 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포, 포유동물 유래의 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포, 및 알지네이트 용액의 혼합물을 준비하고; (b) 상기 혼합물을 겔화하여 상기 세포들을 포함하는 알지네이트 하이드로겔을 제조하고; 그리고 (c) 상기 하이드로겔 내에서 상기 세포들을 배양 및/또는 분화시키는 것을 포함하는, 3 차원 세포배양 방법을 제공할 수 있다. A second aspect of the present disclosure provides a method for preparing a mixture of (a) a mesenchymal stem cell derived from a mammal or a cell differentiated therefrom, a macrophage derived from a mammal, a monocyte or a cell differentiated therefrom, and a mixture of alginate solutions; (b) gelling the mixture to prepare an alginate hydrogel comprising the cells; And (c) culturing and / or differentiating the cells in the hydrogel.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 3 차원 세포배양 구조체를 지방세포 분화 배지 내에서 배양하여 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포를 지방세포로 분화시키고; 분화된 지방세포에 약물 후보물질을 처리하고; 그리고 상기 지방세포의 유전자 발현, 단백질 발현 및 효소 활성 중 하나 이상을 분석하는 것을 포함하는, 약물 스크리닝 방법을 제공할 수 있다.According to a third aspect of the present invention, a three-dimensional cell culture construct according to the first aspect of the present invention is cultured in adipocyte differentiation medium to differentiate the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom into adipocytes; Treatment of drug candidates with differentiated adipocytes; And analyzing at least one of gene expression, protein expression, and enzyme activity of the adipocytes.
본원의 제 4 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 3 차원 세포배양 구조체의 약물 스크리닝을 위한 용도를 제공할 수 있다.A fourth aspect of the present disclosure may provide for use for drug screening of a three-dimensional cell culture construct according to the first aspect of the present disclosure.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 구현예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 구현예 및 실시예가 존재할 수 있다.The above-mentioned means for solving the problems are merely exemplary, and should not be construed to limit the present invention. In addition to the exemplary embodiments described above, there may be additional embodiments and embodiments described in the drawings and detailed description of the invention.
본원발명에 따라 포유동물 유래 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포와, 단핵구 및/또는 마크로파지를 3 차원 세포배양 구조체 내에서 공동 배양하여 상기 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포를 지방세포로 분화시킴으로써, 하이드로겔 스캐폴드 내에서 세포간 상호작용에 의해 정상적인 개체 또는 대사증후군을 가지는 개체의 생체 내 지방조직과 유사한 기능을 가지는 구조체를 형성하는 것이 가능하다. 이와 같이 하이드로겔 스캐폴드 내에서 형성된 지방조직 유사 구조체는 형성 조건에 따라 비만, 인슐린 저항성, 또는 제2형 당뇨병과 같은 대사성 질환을 가지는 생체 내 지방조직과 유사한 유전자 발현 및 단백질 활성을 나타낼 수 있으므로, 지방조직과 관련된 대사성 질환 치료를 위한 연구 및 신약개발에 유용하게 이용될 수 있다. According to the present invention, mammalian-derived mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells and monocytes and / or macrophages are co-cultured in a three-dimensional cell culture construct to convert the mesenchymal stem cells and / or fat progenitor cells into adipocytes. By differentiation, it is possible to form structures having functions similar to adipose tissue in vivo of normal individuals or individuals with metabolic syndrome by intercellular interactions within hydrogel scaffolds. As described above, the adipose tissue-like structures formed in the hydrogel scaffold may exhibit gene expression and protein activity similar to adipose tissue in vivo having metabolic diseases such as obesity, insulin resistance, or type 2 diabetes, depending on the formation conditions. It can be usefully used for research and new drug development for the treatment of metabolic diseases related to adipose tissue.
도 1은 본원의 일 실시예에 따라 제조된, 인간 또는 설치류 유래의 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포와 단핵구 및/또는 마크로파지를 배양하기 위해 다양한 크기로 제작될 수 있는 비드 형태 (도 1a) 및 격자 형태 (도 1b)의 3 차원 세포배양 구조체의 사진 이미지이다.1 is a bead form that can be produced in various sizes to culture monocytes and / or adipose progenitors and monocytes and / or macrophages derived from humans or rodents prepared according to one embodiment of the present disclosure (FIG. 1A ) And photographic images of three-dimensional cell culture constructs in the form of lattice (FIG. 1B).
도 2는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 3 차원 세포배양 구조체 내의 인간 유래 중간엽 줄기세포의 생존률을 보여주는 형광현미경 이미지이다.Figure 2 is a fluorescence microscope image showing the survival rate of human-derived mesenchymal stem cells in a three-dimensional cell culture construct prepared according to an embodiment of the present application.
도 3은 본원의 일 실시예에 따라 제조된 3 차원 세포배양 구조체 내에서 인간 유래 중간엽 줄기세포가 지방세포로 분화되었음을 보여주는 형광현미경 이미지이다.3 is a fluorescence microscope image showing that human-derived mesenchymal stem cells are differentiated into adipocytes in a three-dimensional cell culture construct prepared according to one embodiment of the present application.
도 4는 본원의 일 실시예에 따라 3 차원상 (도 4a) 또는 2 차원상 (도 4b)에서 배양 및 분화된 지방세포의 단백질 발현을 분화 기간 동안 분석한 이미지, 및 3 차원 세포배양 구조체의 크기에 따른 지방세포의 단백질 발현을 분석한 이미지 (도 4c)이다.4 is an image of protein expression of adipocytes cultured and differentiated in three-dimensional (FIG. 4A) or two-dimensional (FIG. 4B) during the differentiation period, and a three-dimensional cell culture construct according to one embodiment of the present application. It is an image (Fig. 4c) to analyze the protein expression of fat cells according to the size.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 3 차원 및 2 차원 배양 시스템에 의해 배양된 지방세포 마커 단백질 발현을 비교한 개략도이다.Figure 5 is a schematic diagram comparing the expression of adipocyte marker protein cultured by three-dimensional and two-dimensional culture system according to an embodiment of the present application.
도 6은 본원의 일 실시예에 따라 배양 및 분화된 인간 유래의 중간엽 줄기세포와 마크로파지로 분화된 U937 단핵구와의 공동배양 (도 6a) 또는 RAW264.7 마크로파지와의 공동배양 (도 6b)을 통해 인슐린 저항성이 유도된 단백질 발현 분석 결과 이미지이다.FIG. 6 shows co-culture of human-derived mesenchymal stem cells with U937 monocytes differentiated with macrophages (FIG. 6A) or co-culture with RAW264.7 macrophages (FIG. 6B) according to one embodiment of the present disclosure. Insulin resistance induced protein expression analysis result image.
도 7은 본원의 일 실시예에 따라 제조된 3 차원 세포배양 구조체 내에서 설치류 유래의 지방 전구세포의 지방세포로의 분화 과정을 2 차원 세포배양과 비교하여 보여주는 이미지이다.Figure 7 is an image showing the process of differentiation of adipose progenitor cells derived from rodents into adipocytes in a three-dimensional cell culture construct prepared according to an embodiment of the present application compared with the two-dimensional cell culture.
도 8은 2 차원상 또는 3 차원상에서 배양 및 분화된 지방세포의 단백질 발현을 보여주는 이미지 (도 8a), 단백질 발현을 정량화한 그래프 (도 8b), 및 2 차원 및 3 차원 배양 시스템에 따른 지방세포 마커 단백질 발현을 비교한 개략도 (도 8c)이다.8 is an image showing protein expression of adipocytes cultured and differentiated in two or three dimensions (FIG. 8A), a graph quantifying protein expression (FIG. 8B), and adipocytes according to two- and three-dimensional culture systems. Schematic comparison of marker protein expression (FIG. 8C).
도 9는 2 차원 및 3 차원상에서 마크로파지 공동 배양에 따른 지방세포의 분화 효율을 보여주는 이미지이다.9 is an image showing the differentiation efficiency of adipocytes by co-culture of macrophages in two and three dimensions.
도 10은 본원의 일 실시예에 따라 배양 및 분화된 지방세포의 지방세포 및 글루코스 수용 연관 단백질 발현 분석 결과 (도 10a)와 분화 효율을 보여주는 이미지 및 그래프 (도 10b)이다.FIG. 10 is an image and a graph (FIG. 10B) showing adipocyte and glucose uptake associated protein expression analysis results (FIG. 10A) and differentiation efficiency of adipocytes cultured and differentiated according to an embodiment of the present disclosure.
도 11은 3 차원상에서 마크로파지 공동 배양에 따른 지방세포의 글루코스 수용 분석 결과에 대한 그래프 (도 11a) 및 로지글리타존(Rosiglitazone) 약물 효과 검증 그래프 (도 11b)이다.11 is a graph (Fig. 11a) and rosiglitazone drug effect verification graph (Fig. 11b) for the results of glucose uptake analysis of adipocytes according to macrophages co-culture on three dimensions.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present application.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding the other components unless specifically stated otherwise.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다. As used throughout this specification, the terms "about", "substantially" and the like are used at, or in the sense of, numerical values when a manufacturing and material tolerance inherent in the stated meanings is indicated, Accurate or absolute figures are used to assist in the prevention of unfair use by unscrupulous infringers. As used throughout this specification, the term "step to" or "step of" does not mean "step for."
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the makushi form, wherein the constituent It means to include one or more selected from the group consisting of.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다. Throughout this specification, description of "A and / or B" means "A, B, or A and B."
이하, 본원의 3 차원 세포배양 구조체, 이를 이용한 3 차원 세포배양 방법, 이를 이용한 약물 스크리닝 방법 및 이의 용도에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, a three-dimensional cell culture construct of the present application, a three-dimensional cell culture method using the same, a drug screening method using the same, and uses thereof will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments, examples and drawings.
본원의 제 1 측면은, 알지네이트 하이드로겔; 및 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 포함된, 포유동물 유래의 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포 및 포유동물 유래의 마크로파지(macrophage) 및/또는 단핵구(monocyte), 또는 그로부터 분화된 세포를 포함하는, 3 차원 세포배양 구조체를 제공할 수 있다.A first aspect of the present application, Alginate hydrogel; And three-dimensional, comprising mesenchymal stem cells derived from mammals or cells differentiated therefrom and macrophage and / or monocytes derived from mammals, or cells differentiated therefrom, contained in the alginate hydrogels. Cell culture constructs can be provided.
예를 들어, 여기서 상기 중간엽 줄기세포로부터 분화된 세포는 지방 전구세포일 수 있고, 상기 단핵구로부터 분화된 세포는 마크로파지일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 중간엽 줄기세포 및/또는 단핵구 및/또는 상기 지방 전구세포 및/또는 마크로파지는 생체로부터 단리된 것이거나, 또는 체외에서 분화 및/또는 배양된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, the cells differentiated from the mesenchymal stem cells may be adipose progenitor cells, and the cells differentiated from the monocytes may be macrophages, but may not be limited thereto. For example, the mesenchymal stem cells and / or monocytes and / or the fat progenitor cells and / or macrophages may be isolated from a living body or may be differentiated and / or cultured in vitro, but are not limited thereto. have.
예를 들어, 상기 중간엽 줄기세포, 지방 전구세포, 단핵구 및/또는 마크로파지는 상기 3 차원 세포배양 구조체의 알지네이트 하이드로겔 내에서 증식 및/또는 분화될 수 있다. For example, the mesenchymal stem cells, adipose progenitors, monocytes and / or macrophages may be proliferated and / or differentiated in an alginate hydrogel of the three-dimensional cell culture construct.
예를 들어, 상기 포유동물 유래의 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는, 상기 포유동물 유래의 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포수 대비 약 1%의 양으로 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 포함된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, the mammalian macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom may be included in the alginate hydrogel in an amount of about 1% relative to the number of mesenchymal stem cells derived from the mammals or cells differentiated therefrom. However, this may not be limited.
예를 들어, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포가 중간엽 줄기세포이고 상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포가 단핵구 또는 마크로파지인 경우 (특히 상기 포유동물이 인간인 경우), 상기 중간엽 줄기세포가 지방 전구세포를 거쳐 지방세포로 분화되는 과정에서 상기 단핵구도 마크로파지로 분화(활성)이 유도되고, 단핵구 및/또는 분화(활성)된 마크로파지가 중간엽 줄기세포 및/또는 그로부터 분화된 세포와 공동배양되는 일련의 과정에서 세포간 상호작용에 의해 중간엽 줄기세포 및/또는 그로부터 분화된 세포의 지방세포로의 분화가 조절될 수 있다. 특히, 상기 단핵구가 마크로파지로 분화함으로써, 중간엽 줄기세포가 지방 전구세포를 거쳐 지방세포로 분화되는 과정이 유도 및/또는 촉진 및/또는 활성화될 수 있으나 이에 제한되지 않을 수 있으며, 분화된 단핵구 또는 단핵구가 마크로파지로 분화함으로써, 중간엽 줄기세포가 지방 전구세포를 거쳐 지방세포로 분화되는 과정이 조절 될 수 있으며, 이에 따라 대사증후군 질환(대사성 질환, 인슐린 저항성)을 가지는 개체의 지방조직과 유사한 기능을 할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, if the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells and the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are monocytes or macrophages (especially when the mammal is a human), the mesenchymal stems In the process of differentiating cells into adipocytes through adipocytes, the monocytes also differentiate (active) into macrophages, and monocytes and / or differentiated (active) macrophages are derived from mesenchymal stem cells and / or cells differentiated therefrom. Differentiation of mesenchymal stem cells and / or differentiated cells into adipocytes may be regulated by intercellular interactions in a series of processes that are cocultured. In particular, by differentiating monocytes into macrophages, the process of mesenchymal stem cells differentiating into adipocytes via adipocytes may be induced and / or promoted and / or activated, but may not be limited thereto. By differentiating monocytes into macrophages, the process of differentiating mesenchymal stem cells into adipocytes via adipocytes can be controlled, thus functioning similar to adipose tissue in individuals with metabolic syndrome (metabolism, insulin resistance). It may be, but may not be limited thereto.
예를 들어, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포가 지방 전구세포이고 상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포가 마크로파지인 경우 (특히 상기 포유동물이 설치류인 경우), 상기 지방 전구세포 및/또는 마크로파지는 상기 3 차원 세포배양 구조체의 알지네이트 하이드로겔 내에서 증식 및/또는 분화될 수 있다.For example, if the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are adipose progenitors and the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are macrophages (especially when the mammal is a rodent), the adipose progenitors and / or Macrophages can be proliferated and / or differentiated in alginate hydrogels of the three-dimensional cell culture constructs.
본원발명에서 알지네이트 하이드로겔 스캐폴드는 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포와 단핵구 및/또는 마크로파지의 공동 배양시 세포들이 분화 및 증식하고 세포간 상호작용에 의해 일반적인 유사 지방조직 또는 대사증후군 질환 (대사성 질환)을 가지는 개체의 지방조직과 유사하게 기능하는 유사 지방조직이 형성되는 장소이다. 2 차원 평면 배지와 같이 일반적인 배지에서 세포를 배양하는 경우 세포 각각이 특정 부분에서만 세포간 상호작용을 하고, 증식 방향이 일방적이며, 분화 및 증식을 통해 세포 수가 증가되는 경우에도 세포간 상호작용을 할 수 있는 세포들이 한정적이다. 또한, 세포에서 분비되는 다양한 대사물질들이 축적되어 불균형한 농도 구배를 이루게 된다. 따라서, 2 차원 상의 시험관 내에서 세포를 배양하는 경우에는 생체 내와 같은 세포간 상호작용이 유도될 수 없으며, 생체 내와 유사한 구조체를 형성하기도 어렵다. In the present invention, alginate hydrogel scaffold is a common adipose tissue or metabolic syndrome disease caused by the differentiation and proliferation of cells during interculture of mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells and monocytes and / or macrophages. Metabolic disease) is a place where similar adipose tissue that functions similarly to adipose tissue of an individual is formed. When culturing cells in a general medium such as a two-dimensional planar medium, each cell interacts with each other only in a specific part, the direction of proliferation is unilateral, and even if the number of cells increases through differentiation and proliferation The number of cells that can be defined is limited. In addition, various metabolites secreted from the cells accumulate, resulting in an unbalanced concentration gradient. Therefore, when culturing cells in vitro on two dimensions, intercellular interactions such as in vivo cannot be induced and it is difficult to form structures similar to in vivo.
반면, 본원발명에 따른 하이드로겔 스캐폴드의 경우 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포와 단핵구 및/또는 마크로파지가 입체적인 구조의 하이드로겔 스캐폴드에 포함된 상태로 중간엽 줄기세포가 지방 전구세포를 거쳐 지방 전구세포로, 또는 지방 전구세포가 지방세포로 분화하기 때문에, 생체 내의 세포와 같이 주위 모든 방향으로 세포간 상호작용이 가능하고, 증식 방향이 일방적이지 않으며, 분화 및 증식을 통해 세포 수가 증가되는 경우에도 지속적으로 주위 세포들과 세포간 상호작용을 할 수 있다. 또한, 세포에서 분비되는 다양한 대사물질들이 특정 지역에 축적되는 것이 아니라 생체 내에서와 같이 주위 모든 방향으로 분비될 수 있어 불균일한 농도 구배를 방지할 수 있다. 이러한 특징에 의해, 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포, 및 단핵구 및/또는 마크로파지 (단핵구로부터 활성화된 마크로파지를 포함함)의 공동 배양시 생체 내와 같은 세포간 상호작용을 유도하여 정상적인 체내 지방 조직과 같이 기능하는 유사 지방조직을 형성하거나, 또는 공동 배양 조건 (예를 들어, 단핵구 및/또는 마크로파지의 비율)을 조절하여 대사성 질환을 가지는 개체의 지방 조직과 유사하게 기능하는 유사 지방조직을 형성할 수 있다.On the other hand, in the hydrogel scaffold according to the present invention, the mesenchymal stem cells are composed of the mesenchymal stem cells and / or fat progenitor cells and monocytes and / or macrophages in the three-dimensional structure of the hydrogel scaffold. Since the progenitor cells, or the progenitor cells, are differentiated into adipocytes, intercellular interactions are possible in all directions, such as cells in the living body, and the direction of proliferation is not unilateral, and the number of cells increases through differentiation and proliferation. If possible, the cells can continue to interact with the surrounding cells. In addition, various metabolites secreted from the cells can be secreted in all directions, such as in vivo, rather than accumulating in a specific region, thereby preventing a non-uniform concentration gradient. This feature induces intercellular interactions, such as in vivo, in co-culture of mesenchymal stem cells and / or adipose progenitors and monocytes and / or macrophages (including macrophages activated from monocytes) resulting in normal body fat. Forming similar adipose tissue that functions like tissue, or co-culture conditions (eg, the ratio of monocytes and / or macrophages) to form similar adipose tissue that functions similar to adipose tissue in individuals with metabolic disease can do.
본원발명에 따라 3 차원 세포배양 구조체 상에서 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포와 단핵구 및/또는 마크로파지를 공동 배양함으로써, 2 차원 상에서 일반 배지에서 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포 및/또는 지방세포를 배양한 경우와 비교하여 대사증후군 질환을 가지는 개체의 체내 지방 조직 생체 내 지방 조직과 더욱 유사한 유전자 발현 및 단백질 활성을 나타내는 유사 지방조직 형성이 가능하다.By co-culturing monocyte and / or macrophages with mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells on a three-dimensional cell culture construct according to the present invention, mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells and / or in normal medium on two dimensions Compared with the culture of adipocytes, adipose tissue in the body of an individual with metabolic syndrome disease is capable of forming similar adipose tissue that exhibits gene expression and protein activity more similar to adipose tissue in vivo.
2 차원 공동 배양, 예를 들어 트랜스웰(trans-well plate) 상에서의 설치류 유래 지방 전구세포와 마크로파지 공동 배양의 경우 마크로파지의 증식이 제어되지 못하여 정상적인 공동 배양 및 지방 전구세포의 분화가 불가능하였다는 종래의 연구에 비추어 볼 때, 2 차원 공동배양에 의해서는 수행되기 어려운 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포와 단핵구 및/또는 마크로파지의 공동 배양, 및 이에 따른 유사 지방조직의 형성이라는 본원발명의 효과는 지방조직과 관련된 대사성 질환 치료를 위한 연구 및 신약개발에 더욱 유용할 수 있다. In the case of two-dimensional co-culture, for example, rodent-derived adipose progenitor cells and macrophage co-culture on a trans-well plate, the proliferation of macrophages was not controlled so that normal co-culture and differentiation of adipose progenitor cells were impossible. In light of the study of the present invention, the effects of the present invention on the co-culture of mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells and monocytes and / or macrophages, and thus the formation of similar adipose tissue, which are difficult to carry out by two-dimensional coculture. May be more useful for research and development of new drugs for treating metabolic diseases related to adipose tissue.
본원발명의 3 차원 세포배양 구조체 내의 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포를 증식 및/또는 분화시키기 위해서는, 증식 및/또는 분화를 위한 배지를 하이드로겔 스캐폴드에 처리하여 하이드로겔 스캐폴드에 배지를 흡수시키고, 하이드로겔 스캐폴드에 흡수된 배지가 각 세포들에 작용하여야 한다. 이어서 배지 처리에 의해 하이드로겔 스캐폴드에 포함된 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포가 증식 및/또는 분화하게 되고, 분화되는 지방 전구세포 및 지방세포 등이 단핵구 및/또는 마크로파지와의 세포간 상호작용에 의하여 정상 지방조직 또는 대사증후군 질환을 가지는 개체의 지방조직과 유사한 기능을 나타낼 수 있다. In order to proliferate and / or differentiate the mesenchymal stem cells and / or adipocytes in the three-dimensional cell culture construct of the present invention, the medium for proliferation and / or differentiation is treated with a hydrogel scaffold and the medium is subjected to a hydrogel scaffold. The medium absorbed by the hydrogel scaffold should act on each cell. Subsequently, the mesenchymal stem cells and / or adipose progenitor cells contained in the hydrogel scaffold are proliferated and / or differentiated by the medium treatment, and the differentiated adipose progenitor cells and the adipocytes are treated with monocytes and / or macrophages. Interactions may exhibit functions similar to adipose tissue in individuals with normal adipose tissue or metabolic syndrome disease.
본원발명의 세포배양 구조체 내의 단핵구 및/또는 마크로파지의 농도는, 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포와의 공동 배양시 중간엽 줄기세포, 지방 전구세포 및 분화된 지방세포의 생존, 분화, 증식 및/또는 유사 지방조직 구조체 형성을 위해 조절될 수 있다. 단핵구 또는 마크로파지가 너무 적거나 또는 아예 존재하지 않는 경우 중간엽 줄기세포 또는 지방 전구세포가 지방세포로 분화하여 지방조직 구조체로 구성할 수는 있으나 대사증후군 질환을 가지는 개체의 지방조직과 유사한 기능을 수행하기 어렵거나 또는 수행할 수 없으며, 단핵구 또는 마크로파지가 지나치게 많으면 지방세포로의 분화율이 감소하고, 지방세포 특이적 유전자 및 단백질의 발현이 감소하며, 단백질 활성이 감소함으로써 대사증후군 질환을 가지는 개체의 지방조직과 유사하게 기능하는 유사 지방조직 구조체의 형성이 저하되어 대사증후군 질환을 대변 할 수 없다. The concentrations of monocytes and / or macrophages in the cell culture constructs of the present invention are characterized by survival, differentiation and proliferation of mesenchymal stem cells, adipocytes and differentiated adipocytes when co-cultured with mesenchymal stem cells and / or adipocytes. And / or to form similar adipose tissue constructs. If the monocytes or macrophages are too few or do not exist at all, mesenchymal stem cells or adipocytes can be formed into adipose tissue by differentiating into adipocytes, but perform similar functions as those of individuals with metabolic syndrome disease. It is difficult or impossible to perform, too much monocytes or macrophages decrease the rate of differentiation into adipocytes, decrease the expression of adipocyte-specific genes and proteins, and decrease protein activity, resulting in fat in individuals with metabolic syndrome disease. The formation of similar adipose tissue structures that function similarly to tissues is reduced and cannot represent metabolic syndrome disease.
예를 들어, 상기 포유동물이 인간인 경우, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 중간엽 줄기세포이고, 상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 단핵구일 수 있다. 이 경우 단핵구의 함량은 3 차원 세포배양 구조체 내의 중간엽 줄기세포와 대비하여 약 2% 이하, 약 3% 이하, 약 4% 이하, 약 5% 이하, 약 6% 이하, 약 7% 이하, 약 8% 이하, 약 9% 이하 또는 약 10% 이하의 양으로 포함될 수 있으며, 약 2% 내지 약 10%의 양, 또는 약 1%의 양으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있으며, 약 15% 또는 약 20% 이하의 양으로 포함될 수도 있다. 예를 들어, 상기 단핵구의 함량은 지방 전구세포에 비하여 약 1 내지 20%, 약 1 내지 10%, 약 1 내지 5% 또는 약 1 내지 2%일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 단핵구가 중간엽 줄기세포에 비하여 약 2% 이하, 약 3% 이하, 약 4% 이하, 약 5% 이하, 약 6% 이하, 약 7% 이하, 약 8% 이하, 약 9% 이하, 약 10% 이하, 약 15% 이하 또는 약 20% 이하의 양으로 포함되는 경우, 특히 지방세포로의 분화가 원활하게 이루어지며 인슐린 저항성이 증가하는 등 실제의 대사증후군 질환을 가지는 개체의 지방조직과 유사한 기능을 나타낼 수 있다. For example, when the mammal is a human, the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom may be mesenchymal stem cells, and the macrophages, monocytes, or cells differentiated therefrom may be monocytes. In this case, the content of monocytes is about 2% or less, about 3% or less, about 4% or less, about 5% or less, about 6% or less, about 7% or less compared to the mesenchymal stem cells in the three-dimensional cell culture construct. About 8% or less, about 9% or less, or about 10% or less, about 2% to about 10%, or about 1%, but may not be limited thereto. Or in an amount of up to about 20%. For example, the content of the monocytes may be about 1 to 20%, about 1 to 10%, about 1 to 5%, or about 1 to 2% compared to the fat progenitor cells, but may not be limited thereto. For example, the monocytes are about 2% or less, about 3% or less, about 4% or less, about 5% or less, about 6% or less, about 7% or less, or about 8% or less, compared to mesenchymal stem cells. When included in an amount of less than or equal to about 10%, less than or equal to about 15%, or less than or equal to about 20%, the fats of individuals with actual metabolic syndrome, such as differentiation into adipocytes and increased insulin resistance. Can exhibit organization-like functions.
또한 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포가 중간엽 줄기세포이고 상기 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 마크로파지일 경우, 마크로파지의 함량은 3 차원 세포배양 구조체 내의 지방 전구세포와 대비하여 약 2% 이하의 양으로 포함될 수 있으며, 약 1%의 양으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 마크로파지의 함량은 지방 전구세포에 비하여 약 0.1 내지 10%, 약 0.1 내지 5%, 약 0.1 내지 2%, 약 0.1 내지 1% 또는 약 1%일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 마크로파지가 지방 전구세포에 비하여 약 2% 이하의 양으로 포함되는 경우, 특히 지방세포의 분화가 원활하게 이루어지며 인슐린 저항성이 증가하는 등 실제 대사증후군 또는 대사성 질환을 가지는 개체의 지방조직과 유사한 기능을 나타낼 수 있다.In addition, when the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells and the monocytes or cells differentiated therefrom are macrophages, the macrophage content is about 2% or less compared to the fat progenitor cells in the three-dimensional cell culture construct. It may be included in an amount, it may be included in an amount of about 1%, but may not be limited thereto. For example, the content of the macrophages may be about 0.1 to 10%, about 0.1 to 5%, about 0.1 to 2%, about 0.1 to 1% or about 1% compared to the fat progenitor cells, but may not be limited thereto. have. For example, when the macrophages are contained in an amount of about 2% or less than the fat progenitor cells, in particular, the fat of the individual having actual metabolic syndrome or metabolic disease, such as the differentiation of the fat cells smoothly and the insulin resistance is increased. Can exhibit organization-like functions.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중간엽 줄기세포는 지방 조직 유래 중간엽 줄기세포(adipose tissue derived mesenchymal stem cell, ADMSC)일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the mesenchymal stem cells may be adipose tissue derived mesenchymal stem cells (ADMSC), but may not be limited thereto.
예를 들어, 상기 포유동물이 설치류인 경우, 상기 설치류는 마우스, 래트, 기니피그 또는 햄스터로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 상기 포유동물이 설치류인 경우, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 지방 전구세포이고 상기 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 마크로파지일 수 있고, 이 경우 마크로파지의 함량은 3 차원 세포배양 구조체 내의 지방 전구세포와 대비하여 약 2% 이하의 양으로 포함될 수 있으며, 약 1%의 양으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 마크로파지의 함량은 지방 전구세포에 비하여 약 0.1 내지 10%, 약 0.1 내지 5%, 약 0.1 내지 2%, 또는 약 0.1 내지 1%일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 마크로파지가 지방 전구세포에 비하여 약 2% 이하의 양으로 포함되는 경우, 특히 지방세포의 분화가 원활하게 이루어지며 인슐린 저항성이 증가하는 등 실제 대사증후군 또는 대사성 질환을 가지는 개체의 지방조직과 유사한 기능을 나타낼 수 있다.For example, when the mammal is a rodent, the rodent may include, but is not limited to, a mouse, rat, guinea pig or hamster. In addition, when the mammal is a rodent, the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom may be adipose progenitor cells and the monocytes or cells differentiated therefrom may be macrophages, in which case the content of macrophages is in a three-dimensional cell culture construct. It may be included in an amount of about 2% or less compared to the fat progenitor cells, and may be included in an amount of about 1%, but may not be limited thereto. For example, the content of the macrophages may be about 0.1 to 10%, about 0.1 to 5%, about 0.1 to 2%, or about 0.1 to 1% compared to the fat progenitor cells, but may not be limited thereto. For example, when the macrophages are contained in an amount of about 2% or less than the fat progenitor cells, in particular, the fat of the individual having actual metabolic syndrome or metabolic disease, such as the differentiation of the fat cells smoothly and the insulin resistance is increased. Can exhibit organization-like functions.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알지네이트 하이드로겔은 콜라겐, 젤라틴 및 알지네이트를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 콜라겐, 젤라틴 및 알지네이트의 함량은 중간엽 줄기세포를 지방 전구세포로, 및/또는 지방 전구세포를 지방세포로 분화시키고자 하는 목적에 맞게 통상의 기술자가 조절하여 사용할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the alginate hydrogel may include collagen, gelatin and alginate, but may not be limited thereto. The content of the collagen, gelatin and alginate may be adjusted by those skilled in the art for the purpose of differentiating mesenchymal stem cells into adipocytes and / or adipocytes into adipocytes.
본원에서 사용되는 하이드로겔은 크게 제한되지 않으나 조류(algae), 특히 갈조류로부터 유래된 것을 사용할 수 있다. 조류 유래의 하이드로겔을 사용하는 경우 알지네이트의 함량이 적합하지 않으면, 하이드로겔 스캐폴드내의 지방세포의 분화기간 및 이후의 실험 진행기간 동안 하이드로겔이 안정적으로 유지되지 못하고 용해될 수 있다. 특히, 알지네이트의 함량이 지나치게 높은 경우 세포의 성장 및 분화가 억제될 수 있다. 알지네이트는 수용성 고분자 전해질로 염화칼슘과 같은 다원자가 양이온 염을 사용하여 가교결합을 이룰 수 있다.Hydrogels used herein are not particularly limited but may be used from algae, in particular from brown algae. When using algal-derived hydrogels, if the alginate content is not appropriate, the hydrogels may not remain stable and dissolve during the differentiation period of adipocytes in the hydrogel scaffold and subsequent experiments. In particular, when the content of alginate is too high, the growth and differentiation of cells can be suppressed. Alginates are water soluble polymer electrolytes that can be crosslinked using polyvalent cationic salts such as calcium chloride.
예를 들어, 상기 포유동물이 인간인 경우, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 중간엽 줄기세포이고 상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 단핵구 및/또는 마크로파지 일 수 있고, 이 때 조류 유래의 하이드로겔의 경우 알지네이트의 함량이 하이드로겔 스캐폴드 생성을 위한 지방세포, 단핵구 및 하이드로겔 혼합물 대비 약 1 내지 10 %(w/v), 1 내지 8 %(w/v), 2 내지 6 %(w/v), 2 내지 3 %(w/v), 1 내지 3 %(w/v), 2 내지 3 %(w/v), 또는 약 2 %(w/v)가 사용될 수 있다. 바람직한 알지네이트 함량보다 낮을 경우 세포배양 구조체의 용해도가 증가하며, 높을 시에는 세포들의 증식 및 생존율이 감소하게 된다. 예를 들어, 갈조류로부터 유래된 알지네이트의 함량이 2 %(w/v) 미만 포함되는 경우 지방세포의 생존 및 증식은 매우 활발할 수 있으나, 하이드로겔 스캐폴드에서 지방세포 및 단핵구 공동 배양시 구조체의 형태가 오래 유지되지 않아 연구의 기간 동안 구조체의 배양이 원활하지 않아 연구의 적용에 어려움이 있을 수 있다. 따라서, 알지네이트 함량이 약 2 %(w/v)일 때 하이드로겔 스캐폴드의 형태가 유사 지방조직 형성 시까지 충분히 유지될 수 있으며 지방세포의 생존 및 증식도 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 본원의 세포 구조체에 포함되는 알지네이트 하이드로겔은 젤라틴 및 콜라겐이 더 포함될 수 있으며, 젤라틴과 콜라겐의 함량은 하이드로겔 전체 함량 대비 각각 약 0.1 내지 5 %(w/v), 약 0.2 내지 2 %(w/v), 또는 약 0.5 %(w/v) 정도일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, when the mammal is a human, the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells and the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom may be monocytes and / or macrophages, wherein avian For derived hydrogels, the alginate content is about 1-10% (w / v), 1-8% (w / v), 2-6, compared to adipocyte, monocyte and hydrogel mixtures for hydrogel scaffold production. % (w / v), 2-3% (w / v), 1-3% (w / v), 2-3% (w / v), or about 2% (w / v) may be used. . When lower than the desired alginate content, the solubility of the cell culture construct is increased, and when it is high, the proliferation and viability of the cells is decreased. For example, if the content of alginate derived from brown algae is less than 2% (w / v), the survival and proliferation of adipocytes may be very active, but the form of the construct in co-culture of adipocytes and monocytes in a hydrogel scaffold May not be maintained for a long time, so that the culture of the construct may not be smooth for the duration of the study, which may cause difficulties in the application of the study. Therefore, when the alginate content is about 2% (w / v), the shape of the hydrogel scaffold can be sufficiently maintained until the formation of similar adipose tissue, and the survival and proliferation of adipocytes can also be kept constant. For example, the alginate hydrogel included in the cell construct of the present application may further include gelatin and collagen, and the content of gelatin and collagen may be about 0.1 to 5% (w / v) and about 0.2 to about the total hydrogel content, respectively. It may be about 2% (w / v), or about 0.5% (w / v), but is not limited thereto.
예를 들어, 상기 포유동물이 설치류인 경우, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 지방 전구세포이고 상기 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 마크로파지일 수 있고, 이 때 조류 유래의 하이드로겔의 경우 알지네이트의 함량이 하이드로겔 스캐폴드 생성을 위한 지방세포, 마크로파지 및 하이드로겔 혼합물 대비 약 1 내지 10 %(w/v), 1 내지 8 %(w/v), 1 내지 6 %(w/v), 1 내지 3 %(w/v), 1 내지 3 %(w/v), 또는 1.5 내지 3 %(w/v)가 사용될 수 있다. 바람직한 알지네이트 함량보다 낮을 경우 세포배양 구조체의 용해도가 증가하며, 높을 시에는 세포들의 증식 및 생존율이 감소하게 된다. 예를 들어, 갈조류로부터 유래된 알지네이트의 함량이 1 %(w/v) 미만 포함되는 경우 지방세포의 생존 및 증식은 매우 활발할 수 있으나, 하이드로겔 스캐폴드에서 지방세포 및 마크로파지 공동 배양시 구조체의 형태가 오래 유지되지 않아 배양 및 연구의 적용에 어려움이 있을 수 있다. 따라서, 알지네이트 함량이 1.5 내지 3 %(w/v)일 때 하이드로겔 스캐폴드의 형태가 유사 지방조직 형성 시까지 충분히 유지될 수 있으며 지방세포의 생존 및 증식도 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 본원의 세포 구조체에 포함되는 알지네이트 하이드로겔은 젤라틴 및 콜라겐이 더 포함될 수 있으며, 젤라틴과 콜라겐의 함량은 하이드로겔 전체 함량 대비 각각 약 0.1 내지 5 %(w/v), 약 0.2 내지 2 %(w/v), 또는 약 0.5 %(w/v) 정도일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, when the mammal is a rodent, the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom may be adipocyte progenitors and the monocytes or cells differentiated therefrom may be macrophages, in which case alginate in the case of a hydrogel derived from algae The content of about 1 to 10% (w / v), 1 to 8% (w / v), 1 to 6% (w / v), compared to adipocytes, macrophages and hydrogel mixtures for hydrogel scaffold generation, 1-3% (w / v), 1-3% (w / v), or 1.5-3% (w / v) may be used. When lower than the desired alginate content, the solubility of the cell culture construct is increased, and when it is high, the proliferation and viability of the cells is decreased. For example, survival and proliferation of adipocytes can be very active when the alginate content from brown algae is less than 1% (w / v), but the structure of the adipocyte and macrophage co-culture in a hydrogel scaffold Does not last long and may present difficulties in the culture and application of the study. Therefore, when the alginate content is 1.5 to 3% (w / v), the shape of the hydrogel scaffold can be sufficiently maintained until the formation of similar adipose tissue, and the survival and proliferation of the adipocytes can be kept constant. For example, the alginate hydrogel included in the cell construct of the present application may further include gelatin and collagen, and the content of gelatin and collagen may be about 0.1 to 5% (w / v) and about 0.2 to about the total hydrogel content, respectively. It may be about 2% (w / v), or about 0.5% (w / v), but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 3 차원 세포배양 구조체는 세포 배양 배지 및/또는 세포 분화 배지 내에 존재할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 3 차원 세포배양 구조체가 세포 배양 배지 및/또는 세포 분화 배지 내에 존재하는 경우, 상기 배지가 하이드로겔을 통하여 중간엽 줄기세포, 지방 전구세포, 지방 전구세포로부터 분화되는 지방세포, 단핵구, 및/또는 마크로파지에 작용할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the three-dimensional cell culture constructs of the present disclosure may be present in cell culture medium and / or cell differentiation medium, but may not be limited thereto. When the three-dimensional cell culture construct is present in cell culture medium and / or cell differentiation medium, the medium is adipocytes, monocytes, and / or differentiated from mesenchymal stem cells, adipocytes, adipocytes via hydrogels. Or act on macrophages.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 세포 분화 배지는 지방 전구세포 분화 배지 및/또는 지방세포 분화 배지일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 지방 전구세포 분화 배지 및/또는 지방세포 분화 배지는 본원발명이 속하는 기술 분야에서 중간엽 줄기세포를 지방 전구세포로 분화시키거나 및/또는 지방 전구세포를 지방세포로 분화시키기 위해 필요로 하는 것으로 여겨지는 배지의 구성 성분 및/또는 인자(factor)를 포함할 수 있으며, 포함되는 성분 또는 인자의 종류 및/또는 농도는 통상의 기술자가 용이하게 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the cell differentiation medium may be, but may not be limited to, adipocyte progenitor differentiation medium and / or adipocyte differentiation medium. The adipocyte progenitor differentiation medium and / or adipocyte differentiation medium are those required in the art to differentiate mesenchymal stem cells into adipocytes and / or to differentiate adipocytes into adipocytes. The constituents and / or factors of the media to be considered may be included, and the kind and / or concentration of the components or factors included may be easily adjusted by those skilled in the art.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중간엽 줄기세포는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 약 1 x 105 세포/mL 내지 1 x 107 세포/mL 포함될 수 있고, 예를 들어 약 1 x 106 세포/mL 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the mesenchymal stem cells may be included in the alginate hydrogel of about 1 × 10 5 cells / mL to 1 × 10 7 cells / mL, for example, about 1 × 10 6 cells / mL It may be included, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 지방 전구세포는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 1 x 105 세포/mL 내지 1 x 107 세포/mL 포함될 수 있고, 예를 들어 약 1.2 x 106 세포/mL 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the adipocytes may be included in the alginate hydrogel 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, for example about 1.2 x 10 6 cells / mL can be included However, this may not be limited.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 단핵구는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 약 1 x 103 세포/mL 내지 1 x 105 세포/mL 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 단핵구는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 약 1 x 104 세포/mL 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the monocyte may be included in about 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL in the alginate hydrogel, but may not be limited thereto. For example, the monocytes may be included in the alginate hydrogel about 1 × 10 4 cells / mL.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 마크로파지는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 1 x 103 세포/mL 내지 1 x 105 세포/mL 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 마크로파지는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 약 6 x 104 세포/mL 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the macrophages may be included in the alginate hydrogel 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL, but may not be limited thereto. For example, the macrophages may be included in the alginate hydrogel about 6 × 10 4 cells / mL.
구체적으로는, 본원발명에서 하이드로겔 스캐폴드가 제조될 때 혼합되는 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포의 수는 혼합물 또는 하이드로겔 스캐폴드의 디자인, 및 원하는 분화 또는 증식 속도 등에 따라 조절될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 하이드로겔과 혼합되는 세포 수가 많은 경우 배양 시간이 지날수록 증식률이 상승하게 되므로, 하이드로겔과 혼합되는 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포의 수는 1 x 105 세포/ml 이상인 것이 바람직하나 이에 제한되지 않을 수 있다. 중간엽 줄기세포 및/또는 지방 전구세포의 수가 1 x 105 세포/ml 미만일 경우에는 증식이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. Specifically, the number of mesenchymal stem cells and / or adipocytes to be mixed when the hydrogel scaffold is prepared in the present invention can be adjusted according to the design of the mixture or hydrogel scaffold, the desired differentiation or proliferation rate, and the like. However, this may not be limited. When the number of cells mixed with the hydrogel is increased, the proliferation rate increases as the culture time passes, so the number of mesenchymal stem cells and / or fat progenitor cells mixed with the hydrogel is preferably 1 x 10 5 cells / ml or more. It may not be limited. If the number of mesenchymal stem cells and / or fat progenitor cells is less than 1 × 10 5 cells / ml, proliferation may not be performed smoothly.
본원의 제 2 측면은, (a) 포유동물 유래의 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포, 포유동물 유래의 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포, 및 알지네이트 용액의 혼합물을 준비하고; (b) 상기 혼합물을 겔화하여 상기 세포들을 포함하는 알지네이트 하이드로겔을 제조하고; 그리고 (c) 상기 하이드로겔 내에서 상기 세포들을 배양 및 분화시키는 것을 포함하는, 3 차원 세포배양 방법을 제공할 수 있다. A second aspect of the present disclosure provides a method for preparing a mixture of (a) a mesenchymal stem cell derived from a mammal or a cell differentiated therefrom, a macrophage derived from a mammal, a monocyte or a cell differentiated therefrom, and a mixture of alginate solutions; (b) gelling the mixture to prepare an alginate hydrogel comprising the cells; And (c) it can provide a three-dimensional cell culture method comprising culturing and differentiating the cells in the hydrogel.
본원의 제 1 측면과 관련하여 기술된 내용은, 특별한 언급이 없는 한 본원의 제 2 측면에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.The content described in connection with the first aspect of the present application is equally applicable to the second aspect of the present application unless otherwise specified.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알지네이트 용액은 콜라겐, 젤라틴 및 알지네이트를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the alginate solution may include collagen, gelatin and alginate, but may not be limited thereto.
예를 들어, 본원발명에서 세포 및 알지네이트 용약을 겔화하여 알지네이트 하이드로겔 스캐폴드를 형성하는 것은, 디스펜서를 구비한 3 차원 세포-프린팅 시스템을 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 3 차원 세포-프린팅 시스템 (cell-printing system)은 입체구조의 하이드로겔 스캐폴드를 생성하기 위해 사용되는 시스템이다. 상기 시스템은 3 차원 세포-프린팅을 위해 x-y-z 스테이지(stage), 디스펜서, 실린지 노즐(syringe nozzle), 압축 컨트롤러 및 컴퓨터 시스템을 구비할 수 있다. 예를 들어, 하이드로겔 스캐폴드의 구조 및 구성은 혼합물에 포함된 성분 및 농도, 프로그램을 통한 디자인, 세포-플로팅 시 압력 및/또는 속도에 의해 적절하게 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 세포 공동 배양을 위한 하이드로겔 스캐폴드의 형태는, 예를 들어 비드(bead) 혹은 격자(grid) 모양일 수 있으나, 이러한 모양에 제한되지 않을 수 있다.For example, gelling cells and alginate solutions in the present invention to form alginate hydrogel scaffolds may be performed using a three-dimensional cell-printing system with a dispenser, but may not be limited thereto. The three-dimensional cell-printing system is a system used to generate three-dimensional hydrogel scaffolds. The system may have an x-y-z stage, dispenser, syringe nozzle, compression controller and computer system for three-dimensional cell-printing. For example, the structure and composition of the hydrogel scaffold may be appropriately formed by, but not limited to, the components and concentrations contained in the mixture, the design through the program, the pressure and / or rate in cell-floating. . The shape of the hydrogel scaffold for cell co-culture may be, for example, bead or grid, but may not be limited to this shape.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 혼합물을 겔화하는 것은 상기 혼합물을 비드 형태로 적하(dropping)하는 것에 의하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합물을 겔화하는 것은 3 차원 세포-프린팅 시스템을 이용하여 수행되거나, 또는 실린지를 이용하여 액체 상태의 혼합물을 식염수 또는 버퍼와 같은 용매 내로 적하하는 것에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 염화칼슘 및/또는 염화마그네슘 수용액일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, gelling the mixture may be performed by dropping the mixture in the form of beads, but may not be limited thereto. For example, gelling the mixture may be carried out using a three-dimensional cell-printing system or by dropping the liquid mixture into a solvent such as saline or buffer using a syringe. For example, the solvent may be calcium chloride and / or magnesium chloride aqueous solution, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 포유동물은 인간일 수 있고, 이 경우 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 중간엽 줄기세포이고, 상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 단핵구일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the mammal may be a human, in which case the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells, and the macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom may be monocytes. However, this may not be limited.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중간엽 줄기세포는 지방 조직 유래 중간엽 줄기세포일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the mesenchymal stem cells may be adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 3 차원 세포배양 방법은 상기 하이드로겔 내에서 상기 중간엽 줄기세포를 지방 전구세포로 분화시키는 것을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the three-dimensional cell culture method of the present application may further include differentiating the mesenchymal stem cells into adipocytes in the hydrogel, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 3 차원 세포배양 방법은 상기 하이드로겔 내에서 상기 단핵구를 마크로파지로 분화시키는 것을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the three-dimensional cell culture method of the present application may further include differentiating the monocytes into macrophages in the hydrogel, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 3 차원 세포배양 방법은 상기 지방 전구세포를 지방세포로 분화시키는 것을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the three-dimensional cell culture method of the present application may further include differentiating the adipocytes into adipocytes, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분화된 지방세포는 C/EBPα, PPARγ2, ACC, FAS, 페리리핀 (perilipin) 및 FABP로 구성되는 군에서 선택되는 마커를 발현하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분화된 지방세포는 상기 마커들 외에도 인간 유래 지방세포가 정상적으로 발현하는 것으로 알려진 다른 마커들을 발현할 수 있고, 인간 유래 지방세포가 정상적이라면 발현하지 않는 것으로 알려진 다른 마커들을 발현하지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the differentiated adipocytes may be to express a marker selected from the group consisting of C / EBPa, PPARγ2, ACC, FAS, perilipin, and FABP, but is not limited thereto. Can be. The differentiated adipocytes may express other markers known to normally express human-derived adipocytes in addition to the markers, and may not express other markers known to not express if human-derived adipocytes are normal.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분화된 지방세포가 정상 지방조직 또는 대사증후군 질환을 가지는 개체의 지방조직과 유사하게 기능하는 유사 지방조직을 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 유사 지방조직은 인체 내의 정상 지방조직 또는 대사증후군 질환을 가지는 개체의 지방조직과 유사한 형태 및/또는 기능 및/또는 유전자 발현 및/또는 단백질 발현을 보이는 것일 수 있으며, 따라서 외부 약물에 대한 반응 역시 생체 내와 유사할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the differentiated adipocytes may form similar adipose tissue that functions similar to the adipose tissue of an individual having normal adipose tissue or metabolic syndrome disease, but may not be limited thereto. The similar adipose tissue may be similar in form and / or function and / or gene expression and / or protein expression to the adipose tissue of a subject having normal adipose tissue or metabolic syndrome disease in the human body, and thus the response to an external drug may also be Similar to in vivo.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중간엽 줄기세포는 상기 혼합물 내에 약 1 x 105 세포/mL 내지 1 x 107 세포/mL 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 중간엽 줄기세포는 상기 혼합물 내에 약 1 x 106 세포/mL 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the mesenchymal stem cells may be included in the mixture about 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, but may not be limited thereto. For example, the mesenchymal stem cells may be included in the mixture about 1 x 10 6 cells / mL.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 단핵구는 상기 혼합물 내에 약 1 x 103 세포/mL 내지 1 x 105 세포/mL 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 단핵구는 상기 혼합물 내에 약 1 x 104 세포/mL 포함될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the monocyte may be included in the mixture of about 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL, but may not be limited thereto. For example, the monocytes may be included in the mixture about 1 × 10 4 cells / mL.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 포유동물은 마우스, 래트, 기니피그 또는 햄스터로부터 선택되는 설치류일 수 있고, 이 경우 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 지방 전구세포이고, 상기 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 마크로파지일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the invention, the mammal may be a rodent selected from mouse, rat, guinea pig or hamster, in which case the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are adipose progenitor cells and differentiated from monocytes or therefrom The cells may be macrophages, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 3 차원 세포배양 방법은 상기 하이드로겔 내에서 상기 지방 전구세포를 지방세포로 분화시키는 것을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the three-dimensional cell culture method of the present application may further include differentiating the adipocytes into adipocytes in the hydrogel, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분화된 지방세포는 CEBPα, PPARγ, 포스포-AKT(phosphor-AKT), FABP4, FAS, ACC 및 GLUT4로 구성되는 군에서 선택되는 마커를 발현하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분화된 지방세포는 상기 마커들 외에도 설치류 유래 지방세포가 정상적으로 발현하는 것으로 알려진 다른 마커들을 발현할 수 있고, 설치류 유래 지방세포가 정상적이라면 발현하지 않는 것으로 알려진 다른 마커들을 발현하지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the differentiated adipocytes may be to express a marker selected from the group consisting of CEBPα, PPARγ, phospho-AKT, FABP4, FAS, ACC and GLUT4, This may not be limited. The differentiated adipocytes may express other markers in addition to the markers, which are known to normally express rodent-derived adipocytes, and may not express other markers not known if the rodent-derived adipocytes are normal.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분화된 지방세포가 정상적인 유사 지방조직 또는 대사증후군을 가지는 개체의 지방 조직과 유사하게 기능하는 유사 지방조직을 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 유사 지방조직은 정상적인 개체 또는 대사증후군을 가지는 개체 내의 지방 조직과 유사한 형태 및/또는 기능 및/또는 유전자 발현 및/또는 단백질 발현을 보이는 것일 수 있으며, 따라서 외부 약물에 대한 반응 역시 생체 내와 유사할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the differentiated adipocytes may form similar adipose tissue that functions similar to the adipose tissue of an individual having normal similar adipose tissue or metabolic syndrome, but may not be limited thereto. The similar adipose tissue may be similar in form and / or function and / or gene expression and / or protein expression to adipose tissue in normal individuals or individuals with metabolic syndrome, so the response to external drugs is similar to that in vivo. can do.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 지방 전구세포는 상기 혼합물 내에 1 x 105 세포/mL 내지 1 x 107 세포/mL 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 지방 전구세포는 상기 혼합물 내에 약 1.2 x 106 세포/mL 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the adipocytes may be included in the mixture 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, but may not be limited thereto. For example, the adipocytes can be included in the mixture about 1.2 x 10 6 cells / mL.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 마크로파지는 상기 혼합물 내에 1 x 103 세포/mL 내지 1 x 105 세포/mL 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 마크로파지는 상기 혼합물 내에 약 2.4 x 104 세포/mL 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the macrophage may be included in the mixture 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL, but may not be limited thereto. For example, the macrophages may be included in the mixture at about 2.4 × 10 4 cells / mL.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 3 차원 세포배양 구조체를 지방세포 분화 배지 내에서 배양하여 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포를 지방세포로 분화시키고; 분화된 지방세포에 약물 후보물질을 처리하고; 그리고 상기 지방세포의 유전자 발현, 단백질 발현 및 효소 활성 중 하나 이상을 분석하는 것을 포함하는, 약물 스크리닝 방법을 제공할 수 있다.According to a third aspect of the present invention, a three-dimensional cell culture construct according to the first aspect of the present invention is cultured in adipocyte differentiation medium to differentiate the mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom into adipocytes; Treatment of drug candidates with differentiated adipocytes; And analyzing at least one of gene expression, protein expression, and enzyme activity of the adipocytes.
본원의 제 1 측면 및 제 2 측면과 관련하여 기술된 내용은, 특별한 언급이 없는 한 본원의 제 3 측면에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.The content described in connection with the first and second aspects of the present application is equally applicable to the third aspect of the present application unless otherwise specified.
본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 약물 스크리닝 방법은 상기 약물 후보물질을 처리하기 전후의 상기 지방세포의 유전자 발현, 단백질 발현 및 효소 활성 중 하나 이상을 상호 비교하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 유전자 발현 및/또는 단백질 발현 및/또는 효소 활성의 비교는, 본원발명이 속하는 기술 분야에서 널리 알려진 유전자 발현 분석 방법 및/또는 단백질 발현 분석 방법 및/또는 효소 활성 분석 방법을 이용하여 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the drug screening method of the present disclosure may include comparing one or more of gene expression, protein expression, and enzyme activity of the adipocytes before and after treating the drug candidate, but is not limited thereto. It may not be. The comparison of gene expression and / or protein expression and / or enzyme activity may be performed using gene expression analysis methods and / or protein expression analysis methods and / or enzyme activity analysis methods well known in the art. have.
본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 약물 스크리닝 방법은 대사성 질환 (대사증후군 질환)의 예방 또는 치료용 약물 탐색을 위한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the drug screening method of the present application may be for the search for a drug for the prevention or treatment of metabolic disease (metabolic syndrome disease), but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 다르면, 상기 대사성 질환이 비만, 인슐린 저항성 또는 제2형 당뇨병일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the metabolic disease may be obesity, insulin resistance or type 2 diabetes, but may not be limited thereto.
본원의 제 4 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 3 차원 세포배양 구조체의 약물 스크리닝을 위한 용도를 제공할 수 있다.A fourth aspect of the present disclosure may provide for use for drug screening of a three-dimensional cell culture construct according to the first aspect of the present disclosure.
본원의 제 1 측면 내지 제 3 측면과 관련하여 기술된 내용은, 특별한 언급이 없는 한 본원의 제 4 측면에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.The content described in connection with the first to third aspects of the present application may be equally applied to the fourth aspect of the present application unless otherwise specified.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.
1. 인간 유래 중간엽 줄기세포 및 단핵구를 포함하는 3 차원 세포배양 구조체의 제조 및 분석1. Preparation and analysis of three-dimensional cell culture constructs containing human-derived mesenchymal stem cells and monocytes
(1) 세포 배양(1) cell culture
지방 조직 유래 중간엽 줄기세포(ADMSCs, adipose tissue derived mesenchymal stem cell, human mesenchymal stem cell from adipose tissue)를 CEFO Bio Inc. (Seoul, Korea)로부터 구매하였으며, U937 단핵구(monocytes) (ATCC #CRL-1593.2) 및 RAW264.7 마크로파지(macrophage) (ATCC #TIB-71)를 ATCC (American Type Culture Collection)로부터 구매하였다. ADMSC 및 U937은 ADMSC 보충 배지 (CEFO Bio Inc., Seoul, Korea) 10% 및, 100 ㎍/ml의 페니실린과 100 ㎍/ml의 스트렙토마이신 (Invitrogen, CA, USA)의 혼합물 1%를 함유하는 ADMSC 성장 배지 (CEFO Bio Inc., Seoul, Korea) 내에서 유지되었다. 이어서, 세포들은 37의 5% CO2 인큐베이터 내의 T75 세포 배양 플라스크 내에서 성장 및 유지되었다. DPBS (Dulbecco's phosphate-buffered saline, Invitrogen, CA, USA)로 세척된 후에, 플레이트에 부착된 ADMSC는 37의 5% CO2 인큐베이터 내에서, 1 ml의 0.5% 트립신-EDTA (Gibco, CA, USA)에서 인큐베이션되었고, 이후 ADMSC는 5 ml의 DPBS와 함께 스크랩(scrap) 되었다. U937는 배지 내에서 부유 성장 특성을 가지므로 트립신 처리 없이 회수가능하였다. 세포 현탁물은 2 분 동안 1,500 rpm에서 원심분리되었고, 세포 펠렛은 하이드로겔과 균질하게 혼합되었다.Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADMSCs), human mesenchymal stem cells from adipose tissue (CEMS Bio Inc.). U937 monocytes (ATCC # CRL-1593.2) and RAW264.7 macrophage (ATCC # TIB-71) were purchased from the American Type Culture Collection (ATCC). ADMSC and U937 consisted of 10% ADMSC supplemented medium (CEFO Bio Inc., Seoul, Korea) and ADMSC containing 1% of a mixture of 100 μg / ml penicillin and 100 μg / ml streptomycin (Invitrogen, CA, USA) It was maintained in growth medium (CEFO Bio Inc., Seoul, Korea). Cells were then grown and maintained in T75 cell culture flasks in a 37% 5% CO 2 incubator. After washing with DPBS (Dulbecco's phosphate-buffered saline, Invitrogen, CA, USA), the ADMSC attached to the plate was placed in 1 ml of 0.5% trypsin-EDTA (Gibco, CA, USA) in 37 5% CO 2 incubators. Was incubated, and then ADMSC was scraped with 5 ml of DPBS. U937 was suspended without trypsin treatment because it had suspended growth properties in the medium. The cell suspension was centrifuged at 1,500 rpm for 2 minutes and the cell pellet was mixed homogeneously with the hydrogel.
(2) 세포-적하(cell-drop) 시스템(2) cell-drop systems
3 차원 디스펜싱(dispensing) 구조를 조립하기 위해 3 차원 세포-적하 시스템이 사용되었다. 상기 시스템은 x-y-z 스테이지, 디스펜서, 시린지 노즐, 압축 컨트롤러, 및 컴퓨터 시스템으로 구성되어 있다. 상기 디스펜서는 하이드로겔을 보유하는 리저버 탱크(reservoir tank)이다. 상기 컴퓨터 시스템은 디스펜서 내의 세포-하이드로겔 혼합물의 공기압을 조절한다. 세포-적하 시스템의 공기압은 50~120 kPa로 조절되었다. 일정한 공기압이 디스펜서에 적용되었다. 세포-적하 시스템을 이용하여 구성된 하이드로겔은 알지네이트 (2%~3%), 젤라틴 (0.5%~1.0%), 및 콜라겐 (0.5%)을 함유하였다. 갈조류로부터 유래한 중간 점도의 소듐 알지네이트, 염화칼슘, 젤라틴 및 콜라겐 타입 1은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)로부터 구매하였다. 세포 적하를 위한, 0.2 mm 내지 1 mm 노즐을 가지는 디스펜서 내에 콜라겐, 젤라틴 및 세포와 혼합된 알지네이트를 위치시켰다. 적하된 스캐폴드를 이용하여, 지방 전구세포 또는 단핵구 공동 배양 및 이후의 분화를 이용한 지방 조직 모델을 최적화하기 위한 연구를 수행하였다. 적하된 알지네이트 구조는 구형의 모양을 가졌다. 이러한 비드 형태의 스캐폴드 제작 장비 및 관련 소프트웨어는 Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)에서 사용되었다.Three-dimensional cell-loading systems were used to assemble three-dimensional dispensing structures. The system consists of an x-y-z stage, a dispenser, a syringe nozzle, a compression controller, and a computer system. The dispenser is a reservoir tank containing a hydrogel. The computer system regulates the air pressure of the cell-hydrogel mixture in the dispenser. The air pressure of the cell-loading system was adjusted to 50-120 kPa. Constant air pressure was applied to the dispenser. Hydrogels constructed using the cell-loading system contained alginate (2% -3%), gelatin (0.5% -1.0%), and collagen (0.5%). Medium viscosity sodium alginate, calcium chloride, gelatin and collagen type 1 derived from brown algae were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Arginate mixed with collagen, gelatin and cells was placed in a dispenser with a 0.2 mm to 1 mm nozzle for cell loading. Using the loaded scaffold, a study was conducted to optimize the adipose tissue model using adipocyte progenitor or monocyte co-culture and subsequent differentiation. The loaded alginate structure had a spherical shape. This bead shaped scaffold fabrication equipment and associated software were used by the Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT).
(3) 알지네이트 하이드로겔을 이용한 비드 또는 격자 형태 3 차원 스캐폴드 제작(3) Bead or Lattice 3D Scaffold Fabrication Using Alginate Hydrogel
비드 또는 격자 형태 하이드로겔 스캐폴드가 알지네이트, 젤라틴 및 콜라겐을 함유하는 세포-적하 시스템을 이용하여 제조되었다. 갈조류로부터 유래한 중간 점도의 소듐 알지네이트, 염화칼슘, 젤라틴 및 콜라겐 타입 1은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)로부터 구매하였다. 콜라겐, 젤라틴 및 세포와 혼합된 알지네이트는, 세포-혼합물 프린팅을 위해 0.2 mm 내지 1 mm 노즐을 가지는 디스펜서 내에 위치되었다. 프린트된 비드 형태 스캐폴드 또는 격자 형태 스캐폴드를 이용하여, 지방 전구세포로 분화된 ADMSC 또는 마크로파지로 활성화된 U937 단핵구 그리고 마크로파지인 RAW264.7의 공동 배양 및 이후의 분화를 이용한 지방 조직 모델을 최적화시키기 위한 연구를 수행하였다. 비드 형태 알지네이트 스캐폴드 구조의 크기는 디스펜서의 노즐 크기에 의해 조절될 수 있다. 도 1a은 다양한 3 차원 비드 형태 알지네이트 하이드로겔의 대표적인 형태를 보여주는 사진 이미지이다. 이의 제조를 위해, 콜라겐, 젤라틴 및 세포와 혼합된 알지네이트가 디스펜서 내에 위치되고, 이어서 세포-혼합물은 0.5 mm (그룹 2) 및 1 mm (그룹 1)의 디스펜서 노즐을 통해 적하되었다. 도 1b는 격자 형태 알지네이트 하이드로겔의 대표적인 형태를 보여주는 사진 이미지이다. Bead or lattice form hydrogel scaffolds were prepared using a cell-loading system containing alginate, gelatin and collagen. Medium viscosity sodium alginate, calcium chloride, gelatin and collagen type 1 derived from brown algae were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Alginate mixed with collagen, gelatin and cells was placed in a dispenser with a 0.2 mm to 1 mm nozzle for cell-mixture printing. Optimizing Adipose Tissue Models Using Co-culture of Adipocyte Progenitor Differentiated AD937C or Macrophage Activated U937 Monocytes and Macrophage RAW264.7 Using Printed Bead Form Scaffolds or Lattice Scaffolds A study was conducted. The size of the bead-shaped alginate scaffold structure can be controlled by the nozzle size of the dispenser. 1A is a photographic image showing representative morphology of various three-dimensional bead shaped alginate hydrogels. For its preparation, an alginate mixed with collagen, gelatin and cells was placed in the dispenser, and the cell-mixture was then dropped through dispenser nozzles of 0.5 mm (group 2) and 1 mm (group 1). 1B is a photographic image showing a representative form of the lattice form alginate hydrogel.
(4) 세포의 공동 배양 및 분화(4) co-culture and differentiation of cells
ADMSC (1×106 세포/ml) 및 U937 (1×104 ~ 1×105 세포/ml) 그리고 RAW264.7 (1×104 ~ 3×104 세포/ml)의 시딩(seeding) 밀도는 일회용 혈구계산기-기반 세포계수기 (SKC Co. Ltd., Seoul, Korea) 및 도립현미경 (inverted microscope, Eclipse TE2000-U, Nikon, Tokyo, Japan)을 이용하여 조절하였다. 세포-하이드로겔 혼합물은 세포-적하 시스템을 이용하여 비드 형태 스캐폴드로 제작되었다. 제작된 하이드로겔 내의 세포는 형광 현미경 (Nikon, Tokyo, Japan)을 이용한 세포 생존 분석 (live/dead cell assay)에 의하여 관찰되었다. 제작된 비드 형태 스캐폴드 또는 2 차원 배양된 ADMSC는, 분화 배지에 의해 지방 전구세포 및 지방세포로 분화되었다. 2 차원 배양 실험군의 경우 3 차원 배양과 동일한 배지를 사용하여, 0.5 x 105 세포/mL의 지방 전구세포를 6-웰 세포배양 플레이트 (6-well cell culture plate) 상에 배양하여 실험에 사용하였다. ADMSC의 지방 전구세포(preadipocyte)로의 분화를 위해, 50 ㎍/ml 인슐린, 500μM 이소부틸메틸잔틴 (IBMX), 1μM 덱사메타손 (DEX) 및 50μM 인도메타신 (INDO)을 함유하는 분화 배지에서 3 일 동안 배양되었으며, 지방세포로의 분화를 위해서는, 50 ㎍/ml 인슐린, 500 μM IBMX, 1 μM DEX 및 50 μM INDO를 함유하는 분화 배지에서 15 일 동안 배양되었다. 공동배양되는 U937 단핵구의 경우 마크로파지로의 분화 및 활성의 유지를 위해, 10 ng/ml PMA (phorbol 12-myristate 13-acetate) 및 100 ng/ml LPS (lipopolysaccharide)를 지방세포 분화배지에 첨가하여 배양하였으며, 지방 전구세포 분화기간에도 첨가하였다. RAW264.7 마크로파지의 경우 ADMSC와 같이 지방세포 분화 배지와 함께 지방전구세포 분화와 지방세포 분화기간인 18 일 동안 함께 배양 되었다.Seeding density of ADMSC (1 × 10 6 cells / ml) and U937 (1 × 10 4 to 1 × 10 5 cells / ml) and RAW264.7 (1 × 10 4 to 3 × 10 4 cells / ml) Was controlled using a disposable hemocytometer-based cytometer (SKC Co. Ltd., Seoul, Korea) and an inverted microscope (Eclipse TE2000-U, Nikon, Tokyo, Japan). Cell-hydrogel mixtures were made into bead form scaffolds using a cell-loading system. Cells in the prepared hydrogels were observed by a live / dead cell assay using a fluorescence microscope (Nikon, Tokyo, Japan). The resulting bead form scaffolds or two-dimensional cultured ADMSCs were differentiated into adipocytes and adipocytes by differentiation medium. For the two-dimensional culture experimental group, 0.5 x 10 5 cells / mL of fat progenitor cells were cultured on a 6-well cell culture plate using the same medium as the three-dimensional culture and used for the experiment. . For differentiation of ADMSCs into preadipocytes, for 3 days in differentiation medium containing 50 μg / ml insulin, 500 μM isobutylmethylxanthine (IBMX), 1 μM dexamethasone (DEX) and 50 μM indomethacin (INDO) Cultured and cultured for 15 days in differentiation medium containing 50 μg / ml insulin, 500 μM IBMX, 1 μM DEX and 50 μM INDO for differentiation into adipocytes. In the case of co-cultured U937 monocytes, 10 ng / ml PMA (phorbol 12-myristate 13-acetate) and 100 ng / ml LPS (lipopolysaccharide) were added to the adipocyte differentiation medium to maintain differentiation and activity to macrophages. It was also added during the adipocyte differentiation period. RAW264.7 macrophages were incubated with adipocyte differentiation medium, such as ADMSC, for 18 days during adipocyte differentiation and adipocyte differentiation.
세포가 완전히 분화된 후, 배지는 10% FBS를 함유하는 무인슐린 배지로 교환되었다. 세포는 성장 배지에서 하루 동안 배양되었다. After the cells were fully differentiated, the medium was exchanged with insulin free medium containing 10% FBS. Cells were incubated for one day in growth medium.
(5) 세포 생존률 및 증식 분석(5) Cell Viability and Proliferation Assay
3 차원으로 제작된 비드 형태 스캐폴드 내에서의 세포 생존률은 세포 생존 분석(live/dead cell assay) 키트 (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)를 이용하여 측정되었으며, 형광 현미경 (ECLIPSE TE2000-U; Nikon, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰되었다. 스캐폴드 세포들은 HBSS (Hank's Balanced Salt Solution, Gibco, CA, USA)로 세척되었고, HBSS 내에서 칼세인(calcein) 및 EthD-1(ethidium homodimer-1)로 15 분 동안 염색되었다. 염색된 세포는 HBSS로 2 회 세척되었고, 녹색 (살아있는 세포에서 ex/em ~495 nm/~515 nm) 및 적색 (죽은 세포에서 ex/em ~495 nm/~635 nm) 형광의 여기가 형광 현미경에 의해 시각화되었다. 세포의 증식은 세포 계수 키트 (Cell Counting Kit-8, CCK-8) 분석 (Dojindo Laboratories, Kumamoto, Japan)을 이용하여 측정되었다. 24-웰 플레이트 내의 3 차원 제작된 비드 형태 스캐폴드는 100 μl의 CCK-8을 함유하는 1 ml의 배지 내에 위치되어 37에서 4 시간동안 인큐베이션되었으며, 이어서 마이크로-플레이트 분광광도계 (BIORAD, Inc., Korea)에 의해 450 nm에서의 흡광도가 측정되었다.Cell viability in three-dimensional bead-shaped scaffolds was measured using a live / dead cell assay kit (Invitrogen, Carlsbad, Calif., USA) and fluorescence microscopy (ECLIPSE TE2000-U; Nikon , Tokyo, Japan). Scaffold cells were washed with HBSS (Hank's Balanced Salt Solution, Gibco, CA, USA) and stained with calcein and EthD-1 (ethidium homodimer-1) for 15 minutes in HBSS. Stained cells were washed twice with HBSS and excitation fluorescence microscopy of green (ex / em -495 nm / -515 nm in living cells) and red (ex / em -495 nm / -635 nm in dead cells) fluorescence microscopy Visualized by Cell proliferation was measured using a Cell Counting Kit-8 (CCK-8) assay (Dojindo Laboratories, Kumamoto, Japan). Three-dimensional fabricated bead-shaped scaffolds in 24-well plates were placed in 1 ml of medium containing 100 μl of CCK-8 and incubated for 37 to 4 hours, followed by micro-plate spectrophotometer (BIORAD, Inc., Korea) absorbance at 450 nm was measured.
(6) 지방 입자(lipid droplet)의 형광 염색(6) Fluorescent Staining of Lipid Droplets
3 차원 비드 형태 스캐폴드 내의 성숙한 지방세포의 지방 입자 염색이 보론-다이피로메텐 (Boron-dipyrromethene, BODIPY 493/503) (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)를 이용하여 수행되었다. 디메틸 설폭사이드(DMSO) 내의 BODIPY 493/503 스톡 용액 (2 mg/ml)이 준비되었으며, 염색을 위해 HBSS 내에 1/2,000 (1 μg/ml BODIPY)으로 희석되었다. 염색을 위한 전처리로서 고정을 하기 위하여, 스캐폴드는 HBSS로 세척되었고, 이어서 4% 파라포름알데히드 용액 내에서 4에서 30 분 동안 고정되었다. 3 회의 HBSS 세척으로 파라포름알데히드 용액을 제거하고, 스캐폴드는 희석된 BODIPY 1 ml에 의해 37에서 30 분 동안 염색되었다. 스캐폴드 내의 염색된 지방 입자는 HBSS에 의해 2 회 세척되었고 형광 현미경을 이용하여 시각화되었다.Adipose particle staining of mature adipocytes in three-dimensional bead form scaffolds was performed using Boron-dipyrromethene (BODIPY 493/503) (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA). A BODIPY 493/503 stock solution (2 mg / ml) in dimethyl sulfoxide (DMSO) was prepared and diluted to 1 / 2,000 (1 μg / ml BODIPY) in HBSS for staining. To fix as a pretreatment for staining, the scaffolds were washed with HBSS and then fixed for 4 to 30 minutes in 4% paraformaldehyde solution. The paraformaldehyde solution was removed by three HBSS washes, and the scaffolds were stained for 37 to 30 minutes with 1 ml of diluted BODIPY. Stained fat particles in the scaffold were washed twice by HBSS and visualized using fluorescence microscopy.
(7) 웨스턴 블랏 분석(7) Western blot analysis
프로테아제 저해제 혼합물 (protease inhibitor cocktail, Roche life science, Seoul, Korea)을 함유하는 프로-프렙 (PRO-PREP) 단백질 추출 용액 (iNtRON Biotechnology Inc., Seoul, Korea)을 이용하여 스캐폴드로부터 수득한 세포 용출물을 처리하였다. 이어서 세포 용출물을 13,000 rpm에서 원심분리한 후, 각각의 샘플들로부터 얻은 20 μg의 단백질을 NuPage Bis-Tris Mini Gels (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) 상에 로딩하고 PVDF 멤브레인 (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ, USA)으로 트랜스퍼(transfer)하였다. 카제인(casein, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)으로 블로킹된 멤브레인은 이어서 FABP4 (fatty acid binding protein 4), CCAAT-인핸서-결합 단백질 알파 (C/EBPα), 페리리핀(perilipin), 지방산 합성 (fatty acid syntheses, FAS), 아세틸 코에이 카르복시아제 (acetyl-CoA carboxylase, ACC), β-액틴 (Cell Signaling, MA, USA) 및 PPARγ (Abcam, Cambridge, UK)의 항체와 함께 인큐베이션되었다. 면역반응성 밴드들은 Supersignal West Dura Extended Duration Substrate Kit (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ, USA)의 화학발광 (chemiluminescent) 시약에 의해 발색되었다. 단백질 밴드들은 바이오라드 (BIORAD, Inc. Korea)사의 화학발광장치에 의해 시각화 되었다.Cell elution obtained from scaffolds using PRO-PREP protein extraction solution (iNtRON Biotechnology Inc., Seoul, Korea) containing a protease inhibitor cocktail (Rote life science, Seoul, Korea) Water was treated. The cell eluate was then centrifuged at 13,000 rpm, then 20 μg of protein from each sample was loaded onto NuPage Bis-Tris Mini Gels (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) and PVDF membranes (Amersham Biosciences, Piscataway) , NJ, USA). The membrane blocked with casein (casein, Sigma-Aldrich, St. Louis, Mo., USA) was then followed by FABP4 (fatty acid binding protein 4), CCAAT-enhancer-binding protein alpha (C / EBPa), perilipin, Incubated with antibodies of fatty acid syntheses (FAS), acetyl-CoA carboxylase (ACC), β-actin (Cell Signaling, MA, USA) and PPARγ (Abcam, Cambridge, UK) . The immunoreactive bands were developed by chemiluminescent reagents of the Supersignal West Dura Extended Duration Substrate Kit (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ, USA). Protein bands were visualized by a chemiluminescent device from BIORAD, Inc. Korea.
(8) 글루코스 수용 분석 (glucose uptake assay)(8) glucose uptake assay
2 차원 배양, 또는 U-937 및 제작된 3 차원 비드 형태 스캐폴드와 공동 배양된 ADMSC가 각각 96-웰 조직 배양 플레이트 및 24-웰 조직 배양 플레이트에서 지방 전구세포 및 지방세포로 분화되었으며, 2-디옥시-D-글루코스로부터 2-디옥시-D-글루코스-6-포스페이트의 전환률이 측정되었다. 조직 배양 플레이트 내의 ADMSC로부터 최대 3 일 동안 지방 전구세포가 유도되었고, 글루코스 수용 평가를 위해 조직 배양 플레이트 내의 ADMSC로부터 지방 생성(adipogenesis)이 최대 18 일 동안 유도되었다. 완전히 분화된 후에, 인슐린 의존-글루코스 수용이 제조자의 설명서에 따라 글루코스 수용 분석 키트 (Glucose Uptake Assay Kit, Abcam, UK)을 이용하여 비색 분석에 의해 정량적으로 측정되었다.Two-dimensional cultures, or ADMSCs co-cultured with U-937 and the manufactured three-dimensional bead form scaffolds, differentiated into adipocytes and adipocytes in 96-well tissue culture plates and 24-well tissue culture plates, respectively. The conversion of 2-dioxy-D-glucose-6-phosphate from deoxy-D-glucose was measured. Adipose progenitors were induced for up to 3 days from ADMSCs in tissue culture plates and adipogenesis was induced for up to 18 days from ADMSCs in tissue culture plates for glucose uptake assessment. After complete differentiation, insulin dependence-glucose uptake was measured quantitatively by colorimetric analysis using a glucose uptake assay kit (Abcam, UK) according to the manufacturer's instructions.
(9) 통계(9) statistics
결과 도표들은 평균 ± 평균 표준 오차 (S.E.M)로 표시되었다. 통계적 유의도는 GraphPad Prism 소프트웨어 (GraphPad Software Inc., La Jolla, CA, USA)를 이용하여 분석되었다. 통계적 유의도는 스튜던트의 T 검정 또는 일원분산분석 (one-way analysis of variance, ANOVA)에 이은 Tukey의 다중비교분석 (Tukey's multiple-comparison test)에 의해 분석되었다. Results plots are expressed as mean ± mean standard error (S.E.M). Statistical significance was analyzed using GraphPad Prism software (GraphPad Software Inc., La Jolla, CA, USA). Statistical significance was analyzed by Student's T test or one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey's multiple-comparison test.
(10) 결과(10) Results
도 2는 3 차원 비드 형태 하이드로겔 내의 ADMSC의 형태를 나타낸 것이다. 세포의 형태는 세포 생존 분석 키트 (Invitrogen, Carlsbad, CA)를 이용해 분석되었으며 형광 현미경을 이용해 관찰되었다. 살아있는 세포는 녹색 형광을 발현하며 죽은 세포는 적색 형광을 발현한다 (화살표). 제작된 ADMSC 비드 형태 스캐폴드는 세포 생존 분석에 의해 우수한 세포 생존률을 보여주었다 (도 2). 생존 세포들은 녹색 형광 이미지로 식별되었으며, 죽은 세포들은 적색 형광 이미지로 식별되었다. 사용된 하이드로겔 스캐폴드의 알지네이트 농도는 2%였으며, 이러한 2% 알지네이트 하이드로겔 스캐폴드 내의 세포는 18 일 내지 한 달 까지 둥근 모양을 유지하였다. 이전의 연구에서는, 다양한 알지네이트 농도 (2% 내지 4%)에서의 증식이 연구된 바 있다. 그 결과, 2% 알지네이트 스캐폴드 내의 세포가 우수한 생존력을 나타낸 바 있다.Figure 2 shows the morphology of ADMSC in three-dimensional bead form hydrogels. Cell morphology was analyzed using a cell survival assay kit (Invitrogen, Carlsbad, Calif.) And observed using a fluorescence microscope. Living cells express green fluorescence and dead cells express red fluorescence (arrows). The constructed ADMSC bead morph scaffolds showed excellent cell viability by cell survival analysis (FIG. 2). Viable cells were identified with green fluorescence images and dead cells were identified with red fluorescence images. The alginate concentration of the hydrogel scaffolds used was 2% and the cells in these 2% alginate hydrogel scaffolds remained rounded for 18 days to a month. In previous studies, proliferation at various alginate concentrations (2% to 4%) has been studied. As a result, cells in the 2% alginate scaffold showed excellent viability.
도 3은 3 차원 알지네이트 스캐폴드 내의 지방세포의 형광 이미지이다. 세포의 형태는 BODIPY 지방 염색 분석 키트를 이용해 분석되었으며 40 x 배율에서 시각화되었다. 알지네이트 하이드로겔 시스템이 ADMSC를 지방 전구세포 및 성숙한 지방세포로 분화시켰는지 확인하기 위해, ADMSC가 배양되었고 지방 전구세포로 분화되었다. 추가적으로, ADMSC로부터 분화된 지방 전구세포는 15 일의 분화 기간 동안 DEX, IBMX, INDO 및 인슐린과 같은 분화 배지 첨가제를 이용하여 유도되었다. 이러한 첨가제들이 처리된 3 차원 비드 형태 스캐폴드 내의 ADMSC는 총 18 일 동안 분화되었으며, 3 차원 비드 형태 알지네이트 하이드로겔 스캐폴드 내에서 우수한 세포 생존률을 가진다는 것이 관찰되었다. 18 일 후에, BODIPY 지방 염색 분석에 의해 성숙한 지방세포의 세포질 내에 균등하게 분포된 지방 입자가 관찰되었다 (도 3). 3 is a fluorescence image of adipocytes in a three-dimensional alginate scaffold. Morphology of cells was analyzed using the BODIPY Adipose Staining Assay Kit and visualized at 40 × magnification. To confirm that the alginate hydrogel system differentiated ADMSCs into adipocytes and mature adipocytes, ADMSCs were cultured and differentiated into adipocytes. In addition, adipocytes differentiated from ADMSCs were induced using differentiation media additives such as DEX, IBMX, INDO and insulin during the 15-day differentiation period. ADMSCs in the three-dimensional bead form scaffolds treated with these additives were differentiated for a total of 18 days, and it was observed that they had good cell viability in the three-dimensional bead form alginate hydrogel scaffolds. After 18 days, evenly distributed fat particles were observed in the cytoplasm of mature adipocytes by BODIPY adipose staining analysis (FIG. 3).
도 4a 내지 4c는 ADMSC의 2 차원 배양 및 3 차원 비드 형태 알지네이트 스캐폴드 배양에서의 지방세포 마커의 시간-의존 발현을 보여주는 이미지이다. 웨스턴 블랏 분석에서, 2 차원 및 3 차원 비드 형태 알지네이트에서 최대 18 일 동안 지방 형성이 유도되었다. ADMSC는 6-웰 플레이트 및 세포-하이드로겔 혼합물 내에 각각 1×106 세포/ml로 시딩되었다. 도 5는 2 차원 및 3 차원 배양 시스템에서의 지방세포 마커 단백질 발현 시점을 비교 분석한 개략도이다.4A-4C are images showing time-dependent expression of adipocyte markers in two-dimensional culture and three-dimensional bead form alginate scaffold culture of ADMSC. In Western blot analysis, fat formation was induced for up to 18 days in two- and three-dimensional bead form alginates. ADMSCs were seeded at 1 × 10 6 cells / ml in 6 -well plates and cell-hydrogel mixtures, respectively. 5 is a schematic diagram of comparative analysis of adipocyte marker protein expression time points in two- and three-dimensional culture systems.
그 결과, 지방세포 마커 발현이 3 차원 하이드로겔 스캐폴드 내에서의 배양 및 분화 기간 동안 크게 증가하였다. 3 차원 알지네이트 비드 내에서, C/EBPα 단백질은 3 일 후에 발현되었다. PPAγ2 단백질은 5 일 후에 발현되었다. ACC, FAS, 페리리핀 및 FABP는 7 일 후에 발현되었다 (도 4a). 2 차원 ADMSC 분화 기간에서, C/EBPα 단백질은 2~4 일 후에 발현되었다. PPARγ2 단백질은 6 일 후에 발현되었다. ACC 및 FAS는 6 일 후에 발현되었다. 페리리핀 단백질은 7 일 후에 발현되었다. FABP4 단백질은 11 일 후에 발현되었다 (도 4b). 2 차원 ADMSC 분화와 비교하여, 3 차원 알지네이트 비트 내의 ADMSC의 지방형성 마커 발현은 상대적으로 빠른 것으로 관찰되었다 (도 4 및 5).As a result, adipocyte marker expression increased significantly during the period of incubation and differentiation in the three-dimensional hydrogel scaffold. In three-dimensional alginate beads, C / EBPa protein was expressed after 3 days. PPAγ2 protein was expressed after 5 days. ACC, FAS, ferritin and FABP were expressed after 7 days (FIG. 4A). In the two-dimensional ADMSC differentiation period, C / EBPa protein was expressed after 2-4 days. PPARγ2 protein was expressed after 6 days. ACC and FAS were expressed after 6 days. Periripin protein was expressed after 7 days. FABP4 protein was expressed after 11 days (FIG. 4B). Compared to two-dimensional ADMSC differentiation, lipogenic marker expression of ADMSC in three-dimensional alginate bits was observed to be relatively fast (FIGS. 4 and 5).
또한, 비드의 크기에 따른 단백질 마커 발현의 차이를 확인하기 위해 웨스턴 블랏 분석을 수행하였다. 작은 크기 (4 mm) 및 큰 크기 (6 mm)의 3 차원 비드 형태 알지네이트 스캐폴드가 제작되었다. 본원의 목적은 3 차원 배양 시스템을 초고속 약물 스크리닝 시스템 (HTS drug screening system)에 적용하는 것이므로, 96 웰 플레이트에 삽입하기 위해서는 비드의 크기가 6 mm을 초과하면 안되었다. ADMSC는 세포-하이드로겔 혼합물에 1×106 세포/ml로 시딩되었다. 두 종류의 크기의 3 차원 비드 형태 알지네이트 내에서 0 일 내지 15 일 동안 지방 형성이 유도되었으며 웨스턴 블랏 분석되었다. 이에 따른 분석 결과가 도 4c에 나타나 있다. 그 결과. 비드의 크기 또는 부피에 관계 없이 두 종의 ADMSC 알지네이트 비드에서 지방세포로의 분화가 관찰되었다 (도 4c).In addition, Western blot analysis was performed to confirm the difference in protein marker expression according to the size of the beads. Small size (4 mm) and large size (6 mm) three-dimensional bead shaped alginate scaffolds were fabricated. Since the purpose of the present application is to apply the three-dimensional culture system to the HTS drug screening system, the beads should not exceed 6 mm in size for insertion into 96 well plates. ADMSCs were seeded at 1 × 10 6 cells / ml in the cell-hydrogel mixture. Fat formation was induced for 0 to 15 days in two-dimensional, three-dimensional bead form alginate and analyzed by Western blot. The analysis result is shown in Figure 4c. As a result. Differentiation into adipocytes was observed in two ADMSC alginate beads regardless of the size or volume of the beads (FIG. 4C).
이어서, 3 차원 비드 형태 공동 배양 세포, 3 차원 공동 배양 비드 형태 스캐폴드 내에서의 지방세포 마커의 발현이 웨스턴 블랏 분석에 의해 연구되었다. Subsequently, expression of adipocyte markers in three-dimensional bead form co-culture cells, three-dimensional co-culture bead form scaffolds was studied by Western blot analysis.
먼저, 3 차원 공동 배양 시스템 내의 지방세포의 지방 입자의 형광 이미지를 수득하기 위해, 3 차원 비드 형태 스캐폴드가 활성화된 U937 (1×104 세포/ml)의 존재 또는 비존재 하에서 ADMSC 지방 전구세포 (1×106 세포/ml)를 이용해 제작되었다. 세포의 형태는 BODIPY 지방 염색 분석 키트를 이용해 분석되었으며 40 x 배율에서 시각화되었다.First, in order to obtain fluorescence images of fat particles of adipocytes in a three-dimensional co-culture system, ADMSC adipocytes in the presence or absence of activated U937 (1 × 10 4 cells / ml) with a three-dimensional bead form scaffold (1 × 10 6 cells / ml). Morphology of cells was analyzed using the BODIPY Adipose Staining Assay Kit and visualized at 40 × magnification.
또한, 3 차원 공동 배양 시스템에서의 지방세포 마커의 발현을 분석하기 위해, 3 차원 비드 형태 스캐폴드가 활성화된 U937 (1×104 ~ 1×105 세포/ml)의 존재 또는 RAW264.7 (1×104 ~ 3×104)의 존재 또는 비존재 하에서 ADMSC 지방 전구세포 (1×106 세포/ml)를 이용해 제작되었다. 웨스턴 블랏 분석을 위해, 3 차원 비드 형태 알지네이트에서 최대 18 일까지 지방 형성이 유도되었다.In addition, to analyze the expression of adipocyte markers in a three-dimensional co-culture system, the presence of U937 (1 × 10 4 to 1 × 10 5 cells / ml) with activated three-dimensional bead form scaffold or RAW264.7 ( Were prepared using ADMSC adipocytes (1 × 10 6 cells / ml) in the presence or absence of 1 × 10 4 to 3 × 10 4 ). For Western blot analysis, fat formation was induced up to 18 days in three-dimensional bead form alginate.
그 결과, 3 차원 ADMSC 지방 전구세포 스캐폴드에서보다 3 차원 지방세포 및 공동 배양 스캐폴드에서 지방산 합성-관련 마커인 FABP4, FAS 및 ACC 등의 발현이 높게 관찰되었다. 3 차원 ADMSC 알지네이트 비드 및 공동 배양된 비드에서는, 단핵구 없이 배양된 지방세포와 유사한 발현 패턴 및 지방 형광 이미지가 나타났다. GLUT4 및 Akt 인산화와 같은, 글루코스 대사-관련 마커 발현 및 인산화는 3 차원 지방 전구세포 스캐폴드에 비하여 3 차원 지방세포 스캐폴드에서 크게 증가되었다. 그러나, 3 차원 공동 배양 스캐폴드에서의 GLUT4 발현은 3 차원 지방세포 스캐폴드에서보다 감소되었다. As a result, the expression of fatty acid synthesis-related markers FABP4, FAS, and ACC was higher in three-dimensional adipocytes and co-culture scaffolds than in three-dimensional ADMSC adipocyte scaffolds. In three-dimensional ADMSC alginate beads and co-cultured beads, expression patterns and fat fluorescence images were similar to adipocytes cultured without monocytes. Glucose metabolism-related marker expression and phosphorylation, such as GLUT4 and Akt phosphorylation, was significantly increased in three-dimensional adipocyte scaffolds compared to three-dimensional adipocyte scaffolds. However, GLUT4 expression in three-dimensional co-culture scaffolds was reduced than in three-dimensional adipocyte scaffolds.
다음으로, 3 차원 비드 형태 알지네이트 스캐폴드에서 단독- 또는 공동 배양된 지방세포의 글루코스 수용 활성을 분석하기 위해, 3 차원 비드 형태 스캐폴드 내의 단독- 또는 공동 배양된 ADMSC 지방 전구세포에서 최대 18 일까지 지방 형성이 유도되었다. Next, up to 18 days in the single- or co-cultured ADMSC adipocytes in the three-dimensional bead form scaffold to analyze the glucose uptake activity of the mono- or co-cultured adipocytes in the three-dimensional bead form alginate scaffold. Fat formation was induced.
글루코스 수용 분석 결과, 인슐린 처리된 3 차원 지방 전구세포 그룹은 글루코스 수용이 약간 향상되었으나 인슐린 비처리 지방 전구세포에 비해 유의적인 차이는 보이지 않았다. 3 차원 지방세포 그룹은 3 차원 지방 전구세포 스캐폴드에 비해 현저히 향상된 글루코스 수용 수준을 나타내었다. 인슐린 처리된 3 차원 지방세포 그룹은 인슐린 비처리 지방세포 그룹에 비하여 현저히 향상된 글루코스 수용 수준을 나타내었다. 3 차원 공동 배양 그룹은 3 차원 지방 전구세포 그룹과 비교하여 약간 향상된 글루코스 수용 수준을 나타내었다. 추가적으로, 인슐린 처리된 3 차원 공동 배양 그룹은 글루코스 수용 수준이 약간 향상되어 인슐린 비처리 지방세포 그룹 정도의 수준을 나타내었다. 인슐린 처리된 3 차원 공동 배양 그룹의 글루코스 수용 수준은, 비록 인슐린이 글루코스 수용 수준을 증가시키기는 했지만, 활성화된 U937 마크로파지 또는 RAW264.7 마크로파지에 의해 조절되었다.In the glucose uptake assay, the insulin treated 3D adipocyte group showed a slight improvement in glucose uptake but no significant difference compared to the insulin untreated adipocytes. Three-dimensional adipocyte groups showed significantly improved glucose uptake levels compared to three-dimensional adipocyte scaffolds. Insulin treated three-dimensional adipocyte groups showed significantly improved glucose uptake levels compared to insulin untreated adipocyte groups. The three-dimensional coculture group showed slightly improved glucose uptake levels compared to the three-dimensional adipocyte group. In addition, the insulin treated three-dimensional co-culture group showed a slight improvement in glucose uptake levels, indicating levels of the insulin untreated adipocyte group. Glucose uptake levels in the insulin treated three-dimensional coculture group were regulated by activated U937 macrophages or RAW264.7 macrophages, although insulin increased glucose uptake levels.
2. 설치류 유래 지방 전구세포 및 마크로파지를 포함하는 3 차원 세포배양 구조체의 제조 및 분석2. Preparation and Analysis of Three-Dimensional Cell Culture Constructs Containing Rodent-derived Adipose Progenitor Cells and Macrophages
(1) 설치류 유래 지방 전구세포 및 마크로파지의 배양 및 준비(1) Culture and preparation of rodent derived adipose progenitor cells and macrophages
설치류 유래의 지방 전구세포 (C57BL/6 종 마우스 유래, #C57-6269, Cell biologics, USA) 및 마우스 유래 마크로파지인 RAW264.7 (#TIB-71, ATCC)를 준비하고, 준비된 세포들을 인간 지방세포 유래 ADMSC (adipose-derived mesenchymal stem cell) 성장 보조제 (CEFO BIO, KOR) 10% 및 100 ㎍/㎖ 페니실린 및 100 ㎍/㎖ 스트렙토마이신 (Invitrogen)의 혼합물 1%를 포함하는, 인간 지방세포 유래 MSC 성장 배지 (Human ADMSC Growth Medium, CEFO BIO)를 이용하여 37, 5% CO2 조건의 배양용 인큐베이터에서 배양하였다. 배양 후 세포를 DPBS (Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline, Gibco)으로 세척하고, 0.2% 트립신-EDTA (trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid, Invitrogen) 2 ㎖을 배지에 첨가하여 37, 5% CO2 인큐베이터에서 1 분 동안 배양하였다. 이어서, 1,500 rpm에서 2 분간 세포 현탁액(suspension)을 원심분리하고 세포 펠렛(pellet)을 수득하여 실험에 이용하였다. Rodent-derived adipose progenitor cells (from C57BL / 6 mice, # C57-6269, Cell biologics, USA) and mouse-derived macrophages RAW264.7 (# TIB-71, ATCC) were prepared, and the prepared cells were human adipose cells. Human adipocyte derived MSC growth comprising 10% derived ADMSC (adipose-derived mesenchymal stem cell) growth aid (CEFO BIO, KOR) and 1% mixture of 100 μg / ml penicillin and 100 μg / ml streptomycin (Invitrogen) Culture medium (Human ADMSC Growth Medium, CEFO BIO) using a culture incubator at 37, 5% CO 2 conditions. After incubation, the cells were washed with DPBS (Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline, Gibco) and incubated for one minute in a 37, 5% CO 2 incubator by adding 2 ml of 0.2% trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (Invitrogen) to the medium. It was. The cell suspension was then centrifuged for 2 minutes at 1,500 rpm and cell pellets were obtained and used for the experiment.
(2) 하이드로겔 3 차원 배양구조체 제작을 위한 지방 전구세포, 마크로파지 및 알지네이트 하이드로겔 혼합물의 제조(2) Preparation of Adipose Progenitor Cell, Macrophage and Alginate Hydrogel Mixture for Hydrogel 3D Culture Structure Construction
젤라틴 500 ㎕ (Sigma-Aldrich), 콜라겐 500 ㎕ (Sigma-Aldrich), 1.2 x 106 세포/mL의 지방 전구세포 및 6 x 104 세포/mL의 마크로파지 (5%)를 균일하게 혼합한 후에, 인간 ADMSC 성장 배지를 첨가하여 최종 부피 5 ml를 맞추었다. 혼합물에 100 mg 내지 150 mg 알긴산 나트륨 (Sigma-Aldrich)을 첨가하고 신속하게 교반한 후, 3 차원 스캐폴드 제작을 위해 10 cc 사이즈의 디스펜서 (Nordson)로 옮겼다. 원활한 세포-프린팅을 위하여 1000 rpm 으로 10 초간 원심분리 하였다. After uniformly mixing 500 μl of gelatin (Sigma-Aldrich), 500 μl of collagen (Sigma-Aldrich), adipose progenitor cells of 1.2 × 10 6 cells / mL and 6 × 10 4 cells / mL of macrophages (5%), Human ADMSC growth medium was added to achieve a final volume of 5 ml. 100 mg to 150 mg sodium alginate (Sigma-Aldrich) was added to the mixture and stirred rapidly, then transferred to a 10 cc size dispenser (Nordson) for three-dimensional scaffolding. The cells were centrifuged at 1000 rpm for 10 seconds for smooth cell-printing.
상기 하이드로겔 혼합물을 3 차원 세포-프린팅 시스템(3D cell-printing system)에 장착하여 격자 혹은 비드 형태로 제작하였다. 제작된 하이드로겔 스캐폴드는 1% 내지 5%의 염화칼슘 수용액을 사용하여 경화하였다. 도 1a는 비드 형태로 제조된 하이드로겔 스캐폴드이며, 도 1b는 격자 형태로 제조된 하이드로겔 스캐폴드이다 (가로, 세로 및 높이는 각각 2cm x 2 cm x 2 mm). 제조된 하이드로겔 스캐폴드는 100 ㎍/㎖ 페니실린 및 100 ㎍/㎖ 스트렙토마이신 (Invitrogen), 그리고 인간 ADMSC 성장 보충제 (CEFO BIO) 10%를 포함한 인간 ADMSC 성장 배지에서 1 일 동안 증식 및 세포들의 안정화를 유도하였으며, 이후 실험 목적에 맞게 사용되었다. The hydrogel mixture was mounted on a 3D cell-printing system and manufactured in the form of lattice or beads. The prepared hydrogel scaffold was cured using an aqueous calcium chloride solution of 1% to 5%. FIG. 1A is a hydrogel scaffold made in the form of beads and FIG. 1B is a hydrogel scaffold made in the form of lattice (horizontal, vertical and height respectively 2 cm × 2 cm × 2 mm). The prepared hydrogel scaffolds stabilize proliferation and stabilization of cells for one day in human ADMSC growth medium containing 100 μg / ml penicillin and 100 μg / ml streptomycin (Invitrogen), and 10% human ADMSC growth supplement (CEFO BIO). Induced and then used for experimental purposes.
2 차원 세포배양 실험군의 경우 2.5 x 104 세포/cm2의 지방 전구세포를 폴리스티렌(polystyrene) 6-웰 세포배양 플라스크 상에 균일하게 배양하여 실험에 사용하였다. 100 ㎍/㎖ 페니실린 및 100 ㎍/㎖ 스트렙토마이신 (Invitrogen), 그리고 인간 ADMSC 성장 보충제 (CEFO BIO) 10%를 포함한 인간 ADMSC 성장 배지에서 1 일 동안 증식 및 세포들의 안정화를 유도하였으며, 이후 실험 목적에 맞게 사용되었다.For the two-dimensional cell culture experimental group, 2.5 x 10 4 cells / cm 2 of fat progenitor cells were uniformly cultured on a polystyrene 6-well cell culture flask and used for the experiment. Proliferation and stabilization of cells were induced for 1 day in human ADMSC growth medium including 100 μg / ml penicillin and 100 μg / ml streptomycin (Invitrogen), and 10% human ADMSC growth supplement (CEFO BIO), and then for experimental purposes. It was used to fit.
(3) 하이드로겔 스캐폴드 속 지방 전구세포의 지방세포로의 분화(3) Differentiation of Adipose Progenitors into Adipocytes in Hydrogel Scaffolds
하이드로겔 스캐폴드 또는 2 차원 배양 세포를 10 ㎍/㎖ 인슐린, 0.5 mM 아이소부틸메틸잔틴(3-isobutyl-1-methylxanthine), 1 μM 덱사메타손(dexamethasone), 200 μM 인도메타신(indomethacin) 및 ADMSC 성장 보충제 10%가 포함된 분화 유도 배지를 이용하여 2 일에서 8 일 동안 지방세포로의 분화를 유도하였다. 배양 배지는 최대 2일에 한 번씩 교체하였다.Hydrogel scaffolds or two-dimensional cultured cells were grown in 10 μg / ml insulin, 0.5 mM isobutyl-1-methylxanthine, 1 μM dexamethasone, 200 μM indomethacin and ADMSC Differentiation into adipocytes was induced for 2 to 8 days using differentiation induction medium containing 10% supplement. Culture medium was replaced every two days at maximum.
(4) 세포 내 지방 입자 특이적 착색법(4) intracellular fat particle specific staining method
지방 전구세포가 지방세포로 분화 유도된 하이드로겔 스캐폴드를 사용하여, 성숙된 지방세포의 지방 입자를 BODIPY (boron-dipyrromethene)(BODIPY 493/503, Invitrogen)로, 그리고 세포핵을 DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole, dihydrochloride)(DAPI 658/461, Life technologies)로 착색시켰다. 착색이 완료된 후 PBS로 2 회 세척하고, 이후 착색된 지방 입자를 형광현미경을 이용해 확인하였다 (도 7의 중단(B - 비드 형태 하이드로겔 스캐폴드) 및 하단(C 격자 형태 하이드로겔 스캐폴드), 및 도 9의 하단(B), 도 10b의 상단). 지방세포로의 분화 정도를 정량화하기 위해서는 AdipoRed (Lonza)를 사용하여 지방세포의 지방 입자를 착색시킨 후, 형광분석기(Fluorescent microplate reader, Molecular Biology)로 측정된 값을 그래프로 나타내었다 (도 10b의 하단 그래프). 2 차원 배양세포의 경우 동일한 배양기간 동안 오일 레드 오 (Oil Red O, Sigma)로 성숙된 지방을 착색시키고, 헤마토실린 (Hematoxylin, Sigma)으로 세포핵을 착색시켜 지방 입자의 생성을 확인하였다(도 7의 상단(A)).Using hydrogel scaffolds in which adipocytes were differentiated into adipocytes, the fat particles of mature adipocytes were converted to boron-dipyrromethene (BODIPY) (BODIPY 493/503, Invitrogen), and the nucleus was made to DAPI (4 ', 6-diamidino-2-phenylindole, dihydrochloride) (DAPI 658/461, Life technologies). After staining was completed, washed twice with PBS, and then the colored fat particles were identified using a fluorescence microscope (interruption (B-bead form hydrogel scaffold) and bottom (C lattice form hydrogel scaffold) of FIG. 7), And bottom (B) of FIG. 9, top of FIG. 10B). To quantify the degree of differentiation into adipocytes, AdipoRed (Lonza) was used to stain the adipocyte fat particles, and then graphically display the values measured by a fluorescence analyzer (Fluorescent microplate reader, Molecular Biology). graph). In the case of two-dimensional cultured cells, the fat was stained with Oil Red O (Sigma) during the same culture period, and the nuclei were stained with Hematoxylin (Sigma) to confirm the production of fat particles (Fig. Top of 7 (A)).
(5) 지방세포 특이적 단백질 활성 및 발현 분석법(5) Adipocyte Specific Protein Activity and Expression Assay
3 차원 및 2 차원 세포배양 환경에서 분화가 유도된 세포 배양과, 배양 기간에 따른 지방세포 분화 정도를 분석하기 위해, 웨스턴 블랏(Western blot)을 통하여 지방세포 특이적 단백질 발현 비교 분석을 수행하였다 (도 8a 및 10a). 이후, 이미지 J(Image J) 소프트웨어 프로그램을 사용하여 활성 및 발현된 단백질의 양을 측정한 후 정규화(normalization)된 양을 그래프로 나타내었다 (도 8b). In order to analyze the differentiation-induced cell culture and the degree of adipocyte differentiation according to the incubation period in the three-dimensional and two-dimensional cell culture environment, a comparison analysis of adipocyte-specific protein expression was performed through Western blot ( 8a and 10a). The amount of protein that was activated and expressed was then measured using an Image J software program and then graphed to the normalized amount (FIG. 8B).
(6) 글루코스 수용 평가(6) glucose acceptance evaluation
6 일의 분화 유도 후, 마크로파지와 공동 배양된 하이드로겔 스캐폴드와 지방세포 단독 배양된 스캐폴드를 사용하여 2-NBDG (2-(N-(7-Nitrobenz-2-oxa-1, 3-diazol-4-ul)Amino)-2-Dedoxyglucose) (Invitrogen)를 이용한 글루코스 수용 평가(Glucose uptake assay)를 실시하였다. 형광을 발현하도록 합성된 글루코스(2-NDBG) 수용에 의하여 세포 내에 잔류된 형광물질의 양을 전체 DNA의 양으로 정규화(normalization)하여 그래프로 나타내었다 (도 11a 및 11b).After 6 days of induction of differentiation, hydrogel scaffolds co-cultured with macrophages and scaffolds cultured with adipocytes alone were used for 2-NBDG (2- (N- (7-Nitrobenz-2-oxa-1, 3-diazol). Glucose uptake assay was performed using -4-ul) Amino) -2-Dedoxyglucose) (Invitrogen). The amount of fluorescent material remaining in the cells by glucose (2-NDBG) synthesis synthesized to express fluorescence was graphically normalized to the amount of total DNA (FIGS. 11A and 11B).
(6) 하이드로겔 3 차원 배양구조체의 제조 및 하이드로겔 스캐폴드 내 지방세포의 분화(6) Preparation of hydrogel three-dimensional culture construct and differentiation of adipocytes in hydrogel scaffold
2% 내지 3%의 알지네이트를 포함하는 하이드로겔 비드의 경우, 직경 6.036±0.55 mm의 크기로 제작되었으며 무게는 약 49.30±4.74 mg으로 측정되었다 (도 1a). 총 10 개의 하이드로겔 비드를 무작위로 추첨하여 크기 및 무게를 측정하여 평균과 표준편차 값을 계산하였으며, 그 결과 본 실시예의 방법에 따라 하이드로겔 비드를 매우 균일한 크기 및 무게로 제작할 수 있다는 것이 확인되었다. 또한, 3 차원 세포-프린팅 시스템(3D cell-printing system)을 사용하여 제작한 격자 형태 스캐폴드의 경우 가로(cm) x 세로(cm) x 높이(mm)를 2.0 x 2.0 x 2t의 조건으로 균일하게 제작하였다 (도 1b).For hydrogel beads containing 2% to 3% alginate, a size of 6.036 ± 0.55 mm in diameter was measured and weighed about 49.30 ± 4.74 mg (FIG. 1A). A total of ten hydrogel beads were randomly drawn to measure the size and weight to calculate the average and standard deviation values. As a result, it was confirmed that the hydrogel beads can be manufactured in a very uniform size and weight according to the method of the present embodiment. It became. In addition, in the case of lattice-shaped scaffolds fabricated using a 3D cell-printing system, the width (cm) x length (cm) x height (mm) is equal to 2.0 x 2.0 x 2t. Was made (FIG. 1B).
이후, 2 차원 세포배양 및 하이드로겔 스캐폴드를 이용한 3 차원 세포배양법을 사용하여 설치류 지방 전구세포의 지방세포로의 분화를 유도하고 지방세포 분화 효율을 비교한 결과를 도 7 (현미경 이미지), 도 8a (정성적 분석) 및 도 8b (정량적 분석)에 나타내었다 (3 반복 실험). 도 8c는 2 차원 및 3 차원 배양 세포에서의 지방세포 특이적 전사인자 및 단백질의 발현 시점을 비교하여 나타낸 개략도이다.Subsequently, induction of differentiation of rodent adipocytes into adipocytes and comparison of adipocyte differentiation efficiency using 3D cell culture using 2D cell culture and hydrogel scaffold are shown in FIG. 7 (microscopic image), FIG. 8A. (Qualitative Analysis) and FIG. 8B (Quantitative Analysis). 8C is a schematic diagram comparing the time points of expression of adipocyte specific transcription factors and proteins in two- and three-dimensional cultured cells.
3 차원 세포배양의 경우 배양 2 일차부터 BODIPY에 의해 녹색 형광으로 착색된 지방 입자를 확인 할 수 있었고, 분화 유도 기간에 비례하여 세포 내 지방 입자의 크기와 분포가 넓어지는 것을 확인하였다 (도 7의 중단(B) 및 하단(C)). 2 차원 세포배양의 경우 배양 4 일차부터 오일 레드 오(Oil Red O)에 의해 착색된 붉은 지방 입자를 확인 할 수 있었으며, 이는 분화 유도 기간에 비례하여 증가하였다 (도 7의 상단(A)). 이러한 지방 입자 착색법을 통하여 2 차원 환경에 비해 3 차원 환경에서 분화 유도된 세포들의 분화 속도 및 효율이 높아지는 것을 확인하였다. 이후, 웨스턴 블랏(western blot)을 통해 지방세포 특이적 단백질 활성 및 발현을 분석한 결과, 지방 전구세포에서 성숙한 지방세포로 분화를 유도하는 주요 전사인자인 CEBPα, PPARγ 및 포스포-AKT(phospho-AKT), 그리고 세포 내 지방 입자 생성 및 축적에 관여하는 단백질인 FABP4, FAS, ACC 및 GLUT4의 발현 양이, 2 차원 배양된 세포에 비하여 3 차원적으로 하이드로겔 스캐폴드 상에서 배양된 세포에서 증가한 것으로 나타났다. 즉, 3 차원 하이드로겔 스케폴드 내에서 지방 전구세포를 분화시키는 경우 지방세포 특이적 단백질의 활성 시기가 앞당겨지는 것으로 확인되었으며 발현량 또한 유의성 있게 증가한 것이 확인되었다 (도 8a 내지 8c). 도 8b의 경우, 분화 기간에 따른 지방세포 마커의 발현량을 2 차원 배양 세포와 비교하여 *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 평균±표준편차(S.D) 값으로 나타내었다. In the case of three-dimensional cell culture, the fat particles colored by green fluorescence by BODIPY were confirmed from the second day of culture, and the size and distribution of the intracellular fat particles were widened in proportion to the differentiation induction period (FIG. 7). Interruption (B) and bottom (C)). In the case of two-dimensional cell culture, the red fat particles colored by Oil Red O were identified from the 4th day of culture, which increased in proportion to the differentiation induction period (top (A) of FIG. 7). The fat particle staining method was confirmed that the differentiation rate and efficiency of the cells induced differentiation in the three-dimensional environment compared to the two-dimensional environment. After analysis of adipocyte specific protein activity and expression through western blot, major transcription factors CEBPα, PPARγ and phospho-AKT (phospho-AK), which induce differentiation from adipocyte progenitor cells to mature adipocytes, were analyzed. AKT), and the amount of expression of FABP4, FAS, ACC and GLUT4, proteins involved in the production and accumulation of intracellular fat particles, was increased in cells cultured on hydrogel scaffolds in three dimensions compared to cells cultured in two dimensions. appear. That is, when differentiating adipocytes in the three-dimensional hydrogel scaffold, it was confirmed that the activation time of the adipocyte-specific protein was accelerated, and the expression level was also significantly increased (FIGS. 8A to 8C). In the case of Figure 8b, the expression level of the adipocyte marker according to the differentiation period is expressed as * P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 mean ± standard deviation (SD) value compared to the two-dimensional cultured cells It was.
(8) 지방 전구세포 및 마크로파지의 공동 배양에 의한 유사 지방조직 구조체 형성 확인(8) Confirmation of the formation of similar adipose tissue structures by co-culture of adipose progenitor cells and macrophages
공동 배양되는 마크로파지의 농도에 따른 지방세포로의 분화 정도를 BODIPY를 사용한 지방 입자 착색법으로 확인하였다. 하이드로겔 스캐폴드 내에서 1% 내지 10%의 마크로파지와 지방 전구세포를 공동 배양하여 분화를 유도한 결과, 공동 배양된 지방 전구세포의 지방세포로의 분화가 유도되었으나, 10%의 마크로파지와 공동 배양한 경우 지방 입자의 생성이 비교적 감소되는 것을 확인하였다. 2 차원 세포 배양법의 경우, 트랜스웰 챔버(transwell chamber)를 사용하여 마크로파지와 지방 전구세포의 공동 배양을 실시하였으나, 계속하여 성장하는 마크로파지에 의해 공동 배양시 지방 전구세포에 세포독성을 유발하는 것이 확인되었다 (도 9의 상단(A)). The degree of differentiation into adipocytes according to the concentration of co-cultured macrophages was confirmed by fat particle staining using BODIPY. Differentiation was induced by co-culture of 1% to 10% of macrophages and adipose progenitor cells in a hydrogel scaffold, resulting in differentiation of co-cultured adipocytes into adipocytes, but co-culture with 10% of macrophages. It was confirmed that the production of fat particles was relatively reduced. In the case of the two-dimensional cell culture method, co-culture of macrophages and adipose progenitor cells was carried out using a transwell chamber, but it was confirmed that the co-incubation of adipose progenitor cells caused by co-culture by the continuously growing macrophages. (Top (A) of FIG. 9).
또한 하이드로겔 스캐폴드 세포배양 방식으로 마크로파지와 지방 전구세포를 공동 배양하여 2 일 및 6 일동안 지방세포로의 분화를 유도한 후, 공동 배양되는 마크로파지의 농도에 따른 지방세포 특이적 발현 단백질의 발현 정도를 웨스턴 블랏(western blot)을 통하여 확인하였다. 그 결과, 마크로파지의 농도가 증가함에 따라 지방세포의 주요 전사인자인 PPARγ 및 포스포-AKT의 활성, 그리고 지방세포의 성숙 및 세포 내 지방 축적에 관련된 단백질인 FABP4, ACC, FAS 및 GLUT4의 발현이 감소되는 것을 확인하였다. 특히, 마크로파지를 2% 초과의 양으로 공동 배양시 글루코스 수용에 연관된 AKT의 인산화 및 GLUT4의 발현량이 감소되는 것을 확인할 수 있었다 (도 10a). 또한 지방세포 내에 생성된 지방 입자를 특이적으로 염색하는 기법인 BODIPY 와 AdipoRed 염색 기법을 통하여 분석한 결과, 3% 이상의 마크로파지 공동 배양에서 지방 입자의 생성이 유의성 있게 감소하는 것을 확인하였다 (도 10b). 도 10의 결과를 토대로 지방 전구세포와 마크로파지의 공동 배양 농도는 2%가 적당한 것으로 확인 할 수 있었다. In addition, co-culture of macrophages and adipose progenitor cells in a hydrogel scaffold cell culture method induces differentiation into adipocytes for 2 days and 6 days, and then the expression level of adipocyte specific expression proteins according to the concentration of co-cultured macrophages. Was confirmed by western blot. As a result, as the concentration of macrophages increased, the activities of PPARγ and phospho-AKT, which are the major transcription factors of adipocytes, and the expression of FABP4, ACC, FAS and GLUT4, proteins involved in adipocyte maturation and intracellular fat accumulation, It was confirmed that the decrease. In particular, when co-cultured macrophages in an amount of more than 2%, it was confirmed that the phosphorylation of AKT and the expression level of GLUT4 associated with glucose uptake were reduced (FIG. 10A). In addition, as a result of analysis through BODIPY and AdipoRed staining techniques, which specifically stain the fat particles generated in adipocytes, it was confirmed that the production of fat particles in the co-culture of more than 3% macrophages significantly decreased (FIG. 10B). . Based on the results of FIG. 10, it was confirmed that the co-culture concentration of the fat progenitor cells and macrophages was 2%.
마크로파지와의 공동 배양에 의하여 유도된 지방세포의 인슐린 저항성을 규명하기 위하여, 6 일의 분화 유도 후, 마크로파지와 공동 배양된 하이드로겔 스캐폴드와 지방세포가 단독 배양된 스캐폴드를 사용하여 2-NBDG (2-(N-(7-Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-ul)Amino)-2-Dedoxyglucose) (Invitrogen)를 이용한 글루코스 수용 평가(Glucose uptake assay)를 실시하였다 (도 11). 도 11은 총 3 회의 반복실험의 결과값을 일원분산분석 및 평균±표준편차(S.D) 값을 토대로 하여 인슐린이 처리되지 않은 세포와 비교분석한 결과를 ***P<0.001의 값으로, 그리고 인슐린이 처리된 지방세포와 비교분석한 결과를 나타낸 것이다. 그 결과, 지방세포만 단독배양한 스캐폴드에 비해 2%의 마크로파지와 공동 배양한 스캐폴드에서 고농도의 인슐린 (100 ㎍/ml) 공급에도 불구하고 글루코스 수용이 유의적으로 감소하는 것을 확인하였다 (도 11a). 또한, 글루코스 수용을 높여주는 약물로 사용되는 로지글리타존(Rosiglitazone)을 10 μM의 농도로 처리하였을 때, 글루코스 수용성이 로지글리타존(Rosiglitazone)에 의해 증가되는 것을 확인 할 수 있었다 (도 11b). 이로부터 실제 생체 내 비만조직에서 대사성 증후군을 발생시키는 주요 원인인 인슐린 저항성이 3 차원 하이드로겔 스캐폴드 상에서의 지방세포와 마크로파지의 공동 배양을 통해 유도된 것을 확인하였으며, 이는 로지글리타존(Rosiglitazone)에 의해 감소되는 것을 확인 할 수 있었다.To investigate the insulin resistance of adipocytes induced by co-culture with macrophages, after 2-day induction of differentiation, 2-NBDG using a hydrogel scaffold co-cultured with macrophages and a scaffold with adipocytes cultured alone Glucose uptake assay was performed using (2- (N- (7-Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-ul) Amino) -2-Dedoxyglucose) (Invitrogen) (FIG. 11). 11 shows the results of a total of three replicates compared with cells treated with insulin, based on one-way ANOVA and mean ± standard deviation (SD) values, with *** P <0.001, and The results are shown in comparison with insulin treated fat cells. As a result, it was confirmed that glucose uptake was significantly decreased despite the high concentration of insulin (100 μg / ml) in the scaffold cocultured with 2% of macrophages compared to the scaffold in which only fat cells were cultured alone (FIG. 11a). In addition, when treated with a concentration of 10 μM rosiglitazone (Rosiglitazone) used as a drug to increase glucose uptake, it was confirmed that the glucose water solubility is increased by Rosiglitazone (Fig. 11b). From this, it was confirmed that insulin resistance, which is a major cause of metabolic syndrome in vivo in vivo, was induced by co-culture of fat cells and macrophages on a three-dimensional hydrogel scaffold, which was reduced by rosiglitazone. I could confirm that
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The above description of the present application is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above description, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present application.

Claims (38)

  1. 알지네이트 하이드로겔; 및Alginate hydrogels; And
    상기 알지네이트 하이드로겔 내에 포함된, 포유동물 유래의 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포 및 포유동물 유래의 마크로파지(macrophage), 단핵구(monocyte) 또는 그로부터 분화된 세포Mammalian-derived mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom contained in the alginate hydrogel and macrophage, monocyte or cells differentiated therefrom derived from mammals
    를 포함하는, 3 차원 세포배양 구조체.Three-dimensional cell culture structure comprising.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 중간엽 줄기세포 또는 지방 전구세포인, 3 차원 세포배양 구조체.The mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells or adipocytes, three-dimensional cell culture construct.
  3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 알지네이트 하이드로겔은 콜라겐, 젤라틴 및 알지네이트를 포함하는 것인, 3 차원 세포배양 구조체.The alginate hydrogel comprises collagen, gelatin and alginate, three-dimensional cell culture construct.
  4. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    세포 배양 배지 또는 세포 분화 배지 내의, 3 차원 세포배양 구조체.Three-dimensional cell culture construct, in cell culture medium or cell differentiation medium.
  5. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 세포 분화 배지는 지방 전구세포 분화 배지 또는 지방세포 분화 배지인 것인, 3 차원 세포배양 구조체.The cell differentiation medium is a fat progenitor differentiation medium or adipocyte differentiation medium, 3D cell culture construct.
  6. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 포유동물 유래의 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는, 상기 포유동물 유래의 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포수 대비 1%의 양으로 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 포함된 것인, 3 차원 세포배양 구조체.The mammalian macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are contained in the alginate hydrogel in an amount of 1% relative to the mesenchymal stem cells derived from the mammals or the number of cells differentiated therefrom, 3D cell culture Structure.
  7. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 포유동물은 인간이고, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 중간엽 줄기세포인, 3 차원 세포배양 구조체.Wherein said mammal is a human, and said mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells.
  8. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 중간엽 줄기세포는 지방 조직 유래 중간엽 줄기세포(adipose tissue derived mesenchymal stem cell, ADMSC)인, 3 차원 세포배양 구조체.The mesenchymal stem cells are adipose tissue derived mesenchymal stem cells (ADMSC), three-dimensional cell culture constructs.
  9. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 중간엽 줄기세포는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 1 x 105 세포/mL 내지 1 x 107 세포/mL 포함되는 것인, 3 차원 세포배양 구조체.The mesenchymal stem cells are contained in the alginate hydrogel 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, three-dimensional cell culture construct.
  10. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 1 x 103 세포/mL 내지 1 x 105 세포/mL 포함되는 것인, 3 차원 세포배양 구조체.The macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are included in the alginate hydrogel 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL, three-dimensional cell culture construct.
  11. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 포유동물은 설치류이고, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 지방 전구세포인, 3 차원 세포배양 구조체.Wherein said mammal is a rodent and said mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are fat progenitor cells.
  12. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 설치류는 마우스, 래트, 기니피그 또는 햄스터인, 3 차원 세포배양 구조체.The rodent is a mouse, rat, guinea pig or hamster, three-dimensional cell culture construct.
  13. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 지방 전구세포는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 1 x 105 세포/mL 내지 1 x 107 세포/mL 포함되는 것인, 3 차원 세포배양 구조체.The adipocytes are contained in the alginate hydrogel 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, three-dimensional cell culture construct.
  14. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 마크로파지인, 3 차원 세포배양 구조체.Wherein said macrophages, monocytes or cells differentiated from them are macrophages.
  15. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 마크로파지는 상기 알지네이트 하이드로겔 내에 1 x 103 세포/mL 내지 1 x 105 세포/mL 포함되는 것인, 3 차원 세포배양 구조체.The macrophage is 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL contained in the alginate hydrogel, three-dimensional cell culture construct.
  16. (a) 포유동물 유래의 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포, 포유동물 유래의 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포, 및 알지네이트 용액의 혼합물을 준비하고;(a) preparing a mixture of mesenchymal stem cells derived from mammals or cells differentiated therefrom, macrophages derived from mammals, monocytes or cells differentiated therefrom, and alginate solutions;
    (b) 상기 혼합물을 겔화하여 상기 세포들을 포함하는 알지네이트 하이드로겔을 제조하고; 그리고(b) gelling the mixture to prepare an alginate hydrogel comprising the cells; And
    (c) 상기 하이드로겔 내에서 상기 세포들을 배양 및 분화시키는 것을 포함하는, 3 차원 세포배양 방법.(c) culturing and differentiating said cells in said hydrogel.
  17. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 혼합물을 겔화하는 것은 상기 혼합물을 비드 형태로 적하(dropping)하는 것에 의하여 수행되는 것인, 3 차원 세포배양 방법.Gelling the mixture is carried out by dropping the mixture in the form of beads.
  18. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 포유동물은 인간이고, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 중간엽 줄기세포인, 3 차원 세포배양 방법.Wherein said mammal is a human, and said mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are mesenchymal stem cells.
  19. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 중간엽 줄기세포는 지방 조직 유래 중간엽 줄기세포인, 3 차원 세포배양 방법.The mesenchymal stem cells are adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, three-dimensional cell culture method.
  20. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 하이드로겔 내에서 상기 중간엽 줄기세포를 지방 전구세포로 분화시키는 것을 더 포함하는, 3 차원 세포배양 방법.The three-dimensional cell culture method further comprising the differentiation of the mesenchymal stem cells into adipocytes in the hydrogel.
  21. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20,
    상기 지방 전구세포를 지방세포로 분화시키는 것을 더 포함하는, 3 차원 세포배양 방법.The three-dimensional cell culture method further comprising the differentiation of the adipocytes into adipocytes.
  22. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21,
    상기 분화된 지방세포는 C/EBPα, PPARγ2, ACC, FAS, 페리리핀 및 FABP로 구성되는 군에서 선택되는 마커를 발현하는 것인, 3 차원 세포배양 방법.The differentiated adipocytes will express a marker selected from the group consisting of C / EBPa, PPARγ2, ACC, FAS, ferritin, and FABP, 3D cell culture method.
  23. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 마크로파지 이고, 상기 하이드로겔 내에서 단핵구를 마크로파지로 분화시키는 것을 더 포함하는, 3 차원 세포배양 방법.The macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are macrophages and further comprising differentiating monocytes into macrophages in the hydrogel.
  24. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 중간엽 줄기세포는 상기 혼합물 내에 1 x 105 세포/mL 내지 1 x 107 세포/mL 포함되는 것인, 3 차원 세포배양 방법.The mesenchymal stem cells will be included in the mixture 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, three-dimensional cell culture method.
  25. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 상기 혼합물 내에 1 x 103 세포/mL 내지 1 x 105 세포/mL 포함되는 것인, 3 차원 세포배양 방법.Wherein said macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are comprised from 1 × 10 3 cells / mL to 1 × 10 5 cells / mL in the mixture.
  26. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 포유동물은 설치류이고, 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포는 지방 전구세포인, 3 차원 세포배양 방법.Wherein said mammal is a rodent and said mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom are adipose progenitor cells.
  27. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26,
    상기 설치류는 마우스, 래트, 기니피그 또는 햄스터인, 3 차원 세포배양 방법.Wherein said rodent is mouse, rat, guinea pig or hamster.
  28. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26,
    상기 하이드로겔 내에서 상기 지방 전구세포를 지방세포로 분화시키는 것을 더 포함하는, 3 차원 세포배양 방법.Further comprising the differentiation of the adipocytes into adipocytes in the hydrogel, three-dimensional cell culture method.
  29. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28,
    상기 분화된 지방세포는 CEBPα, PPARγ, 포스포-AKT(phospho-AKT), FABP4, FAS, ACC 및 GLUT4로 구성되는 군에서 선택되는 마커를 발현하는 것인, 3 차원 세포배양 방법.The differentiated adipocytes will express a marker selected from the group consisting of CEBPα, PPARγ, phospho-AKT, FABP4, FAS, ACC and GLUT4, three-dimensional cell culture method.
  30. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26,
    상기 지방 전구세포는 상기 혼합물 내에 1 x 105 세포/mL 내지 1 x 107 세포/mL 포함되는 것인, 3 차원 세포배양 방법.Wherein the adipocytes are contained in the mixture 1 x 10 5 cells / mL to 1 x 10 7 cells / mL, three-dimensional cell culture method.
  31. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26,
    상기 마크로파지, 단핵구 또는 그로부터 분화된 세포는 마크로파지인, 3 차원 세포배양 방법.Wherein said macrophages, monocytes or cells differentiated therefrom are macrophages.
  32. 제 31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein
    상기 마크로파지는 상기 혼합물 내에 1 x 103 세포/mL 내지 1 x 105 세포/mL 포함되는 것인, 3 차원 세포배양 방법.The macrophage is 1 x 10 3 cells / mL to 1 x 10 5 cells / mL contained in the mixture, three-dimensional cell culture method.
  33. 제 21 항 또는 제 28 항에 있어서,The method of claim 21 or 28,
    상기 분화된 지방세포가 유사 지방조직을 형성하는 것인, 3 차원 세포배양 방법.The differentiated adipocytes form a similar adipose tissue, 3D cell culture method.
  34. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 3 차원 세포배양 구조체를 지방세포 분화 배지 내에서 배양하여 상기 중간엽 줄기세포 또는 그로부터 분화된 세포를 지방세포로 분화시키고;16. A three-dimensional cell culture construct according to any one of claims 1 to 15 is cultured in adipocyte differentiation medium to differentiate said mesenchymal stem cells or cells differentiated therefrom into adipocytes;
    분화된 지방세포에 약물 후보물질을 처리하고; 그리고Treatment of drug candidates with differentiated adipocytes; And
    상기 지방세포의 유전자 발현, 단백질 발현 및 효소 활성 중 하나 이상을 분석하는 것을 포함하는, Analyzing at least one of gene expression, protein expression and enzyme activity of the adipocytes,
    약물 스크리닝 방법.Drug screening method.
  35. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein
    상기 약물 후보물질을 처리하기 전후의 상기 지방세포의 유전자 발현, 단백질 발현 및 효소 활성 중 하나 이상을 상호 비교하는 것을 포함하는, 약물 스크리닝 방법.And comparing one or more of gene expression, protein expression, and enzyme activity of said adipocytes before and after treating said drug candidate.
  36. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein
    대사성 질환의 예방 또는 치료용 약물 탐색을 위한, 약물 스크리닝 방법.Drug screening method for the search for drugs for the prevention or treatment of metabolic diseases.
  37. 제 36 항에 있어서,The method of claim 36,
    상기 대사성 질환이 비만, 인슐린 저항성 또는 제2형 당뇨병인, 약물 스크리닝 방법.And wherein said metabolic disease is obesity, insulin resistance or type 2 diabetes.
  38. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 3 차원 세포배양 구조체의, 약물 스크리닝을 위한 용도.Use of a three-dimensional cell culture construct according to any one of claims 1 to 15 for drug screening.
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