혈액-뇌 장벽 모델링을 위한 MicroSiM(μSiM) 장벽 조직 플랫폼 사용
2024년 1월 12일
이 보고서는 혈액-뇌 장벽 모델 구축을 위한 μSiM 플랫폼의 조립, 세포 배양 및 분석을 위한 프로토콜을 제공합니다.
우리는 패혈증이 뇌에 미치는 영향과 혈액 매개 요인의 기여를 이해하기 위해 혈액-뇌 장벽의 조직 GI 모델을 개발하고 있습니다. 인간 유도 만능 줄기 세포 사용. 우리는 특정 환자 집단의 감수성에 대한 유전적 요인의 기여도를 평가할 계획입니다.
조직 칩 커뮤니티 내의 현재 실험 과제는 결과의 재현성과 외부 실험실의 기술 채택입니다. 고유한 조직 칩 설계, 조직 칩 내 소량, 표준 기능 분석의 부족은 모두 이러한 문제에 기여하며 종종 사용자가 형광 기반 분석을 주요 출력으로 제한합니다. Micro simm 장치는 다양한 in vitro 모델링을 위한 모듈성, 고해상도 라이프스타일 이미징 및 ultra syn 100 나노미터, 고도로 생산된 나노 멤브레인에 이상적인 유리 광 표면을 제공하여 원활한 가용성 인자 누화 및 정밀한 투과성 분석을 보장합니다.
마이크로 심(micro simm)을 통해 우리는 특정 세포 유형이 뇌 혈관 주위의 지지대를 제공하는 매트릭스 단백질을 더 많이 생산하는 경향이 있음을 확인했습니다. 이제 우리는 염증이 이 동일한 세포를 강화하거나 기질을 분해하여 장벽 무결성을 변화시키는지 여부를 질문할 수 있습니다. 앞으로 우리는 패혈증과 같은 전신 염증의 경우 이러한 세포가 혈액-뇌 장벽과 어떻게 상호 작용하는지 연구하기 위해 성상교세포(astrocyte) 및 미세아교세포(microglia)와 같은 녹색 세포가 있는 모델에 또 다른 구획을 추가할 것입니다.
또한 치매와 겹쳐진 수술 후 섬망과 같은 전신 염증의 추가 원인도 조사할 계획입니다.
개요
본 연구는 패혈증이 뇌 기능에 미치는 영향을 조사하기 위해 혈뇌장벽 조직 칩 모델을 개발합니다. 인간 유도만능줄기세포를 활용하여, 환자의 감수성에 영향을 미치는 유전적 요인을 평가하는 것을 목표로 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 세포 생물학
- 조직 공학
배경
- 혈뇌장벽(blood-brain barrier)을 이해하는 것은 신경계 질환 연구에 매우 중요합니다.
- 현재의 과제로는 조직 칩 기술의 재현성과 표준화 문제가 있습니다.
- MicroSIM 장치는 인비트로(in vitro) 모델링을 위한 혁신적인 솔루션을 제공합니다.
- 염증이 장벽 무결성에 미치는 영향은 주요 연구 분야입니다.
연구 목적
- 혈액-뇌 장벽 역학을 연구하기 위한 신뢰할 수 있는 모델을 구축한다.
- 전신 염증이 뇌 건강에 미치는 영향을 탐구한다.
- 장벽 무결성 유지에 있어 다양한 세포 유형의 역할을 평가한다.
사용된 방법
- 세포 배양을 위한 microSIM 장치의 조립.
- 내피세포의 세포 파종 및 배양 프로토콜.
- 세포 상호작용 시각화를 위한 면역염색 기법.
- 장벽 특성의 이미징 및 분석을 위한 공초점 현미경 관찰.
주요 결과
- MicroSIM 장치가 효율적인 세포 배양 조건을 입증했습니다.
- 염증이 매트릭스 단백질 생성에 변화를 주는 것으로 나타났습니다.
- 효과적인 공배양을 위한 최적의 세포 파종 밀도를 확인했습니다.
- 뚜렷한 세포층이 관찰되어 모델 개발이 성공적임을 나타냈습니다.
결론
- microSIM 플랫폼은 혈뇌장벽을 연구하기 위한 유망한 도구입니다.
- 향후 연구에서는 별아교세포와 미세아교세포를 포함하도록 모델을 확장할 예정입니다.
- 본 연구는 전신 염증이 뇌에 미치는 영향에 대한 이해를 높이는 데 기여할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
microSiM (µSiM) 장벽 조직 플랫폼은 실시간 세포 이미징과 직접적인 정량적 투과성 평가를 통해 혈뇌장벽(BBB)의 고도화된 모델링을 가능하게 합니다. 이러한 기능은 전임상 BBB 연구의 재현성과 표준화 문제를 해결하여, 중추신경계(CNS) 약물 개발의 예측 신뢰도를 높이고 기전 분석을 통한 리스크 감소를 지원합니다. 또한, 일차 세포와 hiPSC 유래 세포 모두에 적용 가능한 이 플랫폼의 호환성은 중개 신경과학 포트폴리오를 위한 재사용 가능한 자산으로서의 가치를 제공합니다.
바이오제약 R&D에서의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 질환 관련 조건에서 혈뇌장벽(BBB)의 무결성과 세포 간 상호작용의 조사를 가능하게 합니다.
- 매트릭스 단백질 역학과 장벽 기능을 직접 평가함으로써 기전적 위험 제거(de-risking)를 지원합니다.
- 정량적 투과성 분석 및 면역형광 판독을 통해 기능적 타겟 검증을 용이하게 합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 연구실 간 재현 가능한 BBB 모델 구축을 위한 표준화된 모듈형 시스템을 제공합니다.
- 투과성 및 면역염색에 대한 정량적 결과물을 제공하여 분석법 개발 및 최적화를 지원합니다.
- 막 추출 없이 고해상도 이미징과 직접적인 판독이 가능하여 워크플로우 통합을 간소화합니다.
중개 및 전임상 연구
- Primary 세포와 hiPSC 유래 세포를 모두 사용하여 인간 BBB를 모델링함으로써, 질환 관련성과 중개 연구의 연속성을 향상시킵니다.
- BBB 기능에 영향을 미치는 유전적 및 염증성 요인의 조사를 가능하게 하여 바이오마커 일치화를 지원합니다.
- 강력하고 재현 가능한 장벽 기능 데이터를 제공함으로써 위험 조정 기반의 진행 결정 프로세스를 용이하게 합니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
microSiM 플랫폼은 초기 발견부터 전임상 검증까지 적용 가능하여, CNS 약물 파이프라인의 가설 검증, 분석법 개발 및 중개 연구를 가능하게 합니다.
- 발견 생물학: 염증성 또는 유전적 섭동 하에서의 BBB 무결성, 매트릭스 리모델링 및 세포 간 상호작용에 대한 기전 연구를 지원합니다.
- 스크리닝: 화합물 평가를 위해 재현 가능하고 정량적인 투과성 및 면역형광 결과를 제공합니다.
- 분석: 장벽 기능과 세포층 무결성의 직접적인 측정을 가능하게 하여 조건 간 비교 분석을 지원합니다.
- 중개 연구: hiPSC 유래 세포 및 일차 세포 공배양을 활용하여 인간 질환 모델과 일치시킵니다.
- 기업용 재사용: 다양한 BBB 연구 및 스크리닝 요구 사항에 맞게 조정 가능한 모듈식 표준 플랫폼을 제공합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: BBB 연구에서 예측 신뢰도를 높이고 기전적 모호성을 줄입니다.
- 운영적 가치: 연구 팀 간의 재현성, 표준화 및 확장성을 향상시킵니다.
- 전략적 가치: 강력한 정량적 데이터를 제공함으로써 go/no-go 결정 및 자본 효율성을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: CNS 표적 자산의 위험 조정 우선순위 설정 및 개발 진행을 지원합니다.
실행 시 고려 사항
- 세포 배양, 면역 염색 및 공초점 이미지 촬영에 대한 전문 지식이 필요합니다.
- microSiM 장치, 생물 안전 인프라 및 분석 기기에 대한 접근 권한이 필요합니다.
- 재현 가능한 투과성 및 이미지 분석 분석을 위해 팀 간 표준화가 요구됩니다.
- 더 넓은 적용 가능성을 위해 일차 세포와 hiPSC 유래 세포 모델 모두에 적용 가능합니다.
- 장벽 성숙을 위해 세포 파종 밀도와 배양 기간의 세심한 최적화가 필요합니다.
