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POSTECH 김동성 교수 연구팀, 융털까지 모사하는 인공 장 모델 개발

박영재 기자 | 기사입력 2021/09/16 [14:35]
종합뉴스
교육
POSTECH 김동성 교수 연구팀, 융털까지 모사하는 인공 장 모델 개발
기사입력: 2021/09/16 [14:35] ⓒ 브레이크뉴스 대구경북
박영재 기자
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 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 김동성 교수 연구팀이 다수의 상용 세포배양 인서트에서 장 상피 세포들이 동시에 3차원의 융털 구조를 형성하게 하는 혁신적인 배양 시스템을 개발했다고 16일 밝혔다.

 

▲ POSTECH 김동성 교수 연구팀, 다수의 3차원 융털 구조 체외 장 모델을 동시다발적으로 구현하는 혁신적 배양 시스템 제안--뒷표지 이미지     ©포스텍

 

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구사업, 나노·원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

 

POSTECH 기계공학과 김동성 교수, 석사과정 정현범 씨, 통합과정 윤재승 씨 연구팀은 텍사스주립대학교(University of Texas at Austin) 김현중 교수 연구팀과 공동연구를 통해 인간 장 상피 세포의 3차원 융털구조 형성을 동시에 재현할 수 있는 다중 배양 시스템(BASIN)을 개발했다. 이번 연구성과는 영국왕립화학회에서 발간하는 미세유체역학 및 마이크로타스(microTAS) 분야의 권위 국제학술지인 ‘랩온어칩(Lab on a Chip)’에 표지 논문(Back cover)으로 게재됐다.

 

지금까지 장 상피 세포의 형태 발생을 유도해 실제 장과 유사한 3차원 융털 구조와 기능을 갖는 배양 플랫폼(Organ-on-a-chip 등)이 개발된 바 있지만, 대부분 매우 복잡한 구성을 가져 체외 모델을 대량으로 구현하기 힘들고, 장치 사용도 어렵다는 한계가 있었다.

 

연구팀은 많은 표본에서 장 상피 세포의 형태 발생을 동시다발적으로 유도하는 것에 초점을 두고 실제 장의 구조와 기능과 유사한 체외 장 모델 개발에 주력했다.

 

연구팀이 개발한 BASIN은 24개의 상용 세포배양 인서트와 실험실에서 흔히 볼 수 있는 오비탈 셰이커(Orbital shaker), 대류 형성을 가능케 하는 개방형 기저측 챔버(Basolateral chamber) 세 가지 구성으로만 이루어진 아주 간단한 시스템 이지만, 인서트 하단부의 효율적인 대류 유동 구현을 통해 장 상피 세포의 몰포겐(morphogen)억제제를 제거해 24개의 상용 세포배양 인서트에서 동시다발적으로 장 형태 형성을 유도할 수 있도록 했다.

 

그 결과, BASIN에서 배양된 Caco-2 인간 장 상피 세포들은 융털과 유사한 3차원 구조를 이루며 자랐고, 실제 장의 융털과 유사한 세포 특성 분포를 나타내는 것을 확인했다. 또한, BASIN을 사용해 외부 화학 물질이 장 상피에 미치는 영향을 조사하고, 장 누수 증후군 등 장 질환 연구 모델 개발 등 실용적 적용 가능성을 검증했다.

 

김동성 교수는 “장 상피 세포의 3차원 융털 구조 형성을 다수의 세포배양 인서트에서 동시다발적으로 재현했으며, 특히 상용 제품과의 호환성을 극대화해 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 했다”며 “실제 장의 구조와 기능이 유사한 체외 장 모델의 대량생산 가능성은 약물 평가 모델로서 신약 개발 등에 활용될 수 있다”고 기대감을 밝혔다.

 

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

 <The following is the full text of the article translated by Google Translate.>


Prof. Dongseong Kim's research team at POSTECH develops an artificial intestine model that mimics villi


POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) announced on the 16th that Professor Dong-seong Kim's research team has developed an innovative culture system that allows intestinal epithelial cells to form a three-dimensional villi at the same time in a number of commercial cell culture inserts.

 

This research was carried out with support from the Ministry of Science and ICT, the National Research Foundation's mid-sized research project, and the nano/original technology development project.

 

Professor Dongseong Kim of the Department of Mechanical Engineering at POSTECH, Hyunbeom Jung of the master's program, and Jaeseung Yoon of the integrated program, the research team collaborated with Professor Hyunjoong Kim's research team at the University of Texas at Austin to reproduce the three-dimensional villi formation of human intestinal epithelial cells at the same time. developed a multi-culture system (BASIN). This research result was published as a back cover in 'Lab on a Chip', a prestigious international academic journal in the field of microfluidics and microTAS published by the Royal Society of Chemistry in the UK.

 

So far, culture platforms (Organ-on-a-chip, etc.) have been developed that induce the morphogenesis of intestinal epithelial cells and have a three-dimensional villus structure and function similar to that of the actual intestine. There were limitations in that it was difficult to implement in large quantities and difficult to use the device.

 

The research team focused on the simultaneous induction of morphogenesis of intestinal epithelial cells in many specimens, and focused on developing an in vitro intestinal model similar to the actual intestinal structure and function.

 

The BASIN developed by the research team is a very simple system consisting of only 24 commercial cell culture inserts, an orbital shaker commonly found in laboratories, and an open basolateral chamber that enables convection formation. By implementing efficient convective flow at the lower part of the insert, the morphogen inhibitor of intestinal epithelial cells was removed to induce simultaneous intestinal morphogenesis in 24 commercial cell culture inserts.

 

As a result, it was confirmed that Caco-2 human intestinal epithelial cells cultured in BASIN grew in a three-dimensional structure similar to villi, and exhibited a distribution of cellular properties similar to actual intestinal villi. In addition, BASIN was used to investigate the effect of foreign chemicals on the intestinal epithelium and verified its practical applicability, such as developing a research model for intestinal diseases such as leaky gut syndrome.

 

Professor Kim Dong-seong said, “The three-dimensional villi formation of intestinal epithelial cells was reproduced simultaneously in multiple cell culture inserts, and in particular, compatibility with commercial products was maximized so that anyone can use it easily.” “The actual intestinal structure and function The possibility of mass production of this similar in vitro intestinal model can be used as a drug evaluation model to develop new drugs.”

편집국장 입니다. 기사제보:phk@breaknews.com
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