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Research Article
Charlie Colin-Pierre1,2,3, Oussama El Baraka3, Laurent Ramont1,2,4, Stéphane Brézillon1,2
1Laboratoire de Biochimie Médicale et Biologie Moléculaire,Université de Reims Champagne-Ardenne, 2UMR CNRS 7369, Matrice Extracellulaire et Dynamique Cellulaire-MEDyC,Université de Reims Champagne-Ardenne Reims, 3BASF Beauty Care Solutions, 4Service Biochimie-Pharmacologie-Toxicologie,Centre Hospitalier Universitaire (CHU) de Reims
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
이 논문에서는 새로 설계된 3D 프린팅 인서트를 공동 배양 모델로 제시하고 내피 세포와 각질 세포 사이의 측분비 세포 간 통신 연구를 통해 검증합니다.
서로 다른 세포 유형 간의 간접 통신에 대한 고전적인 분석에서는 조건화된 배지를 사용해야 합니다. 또한, 컨디셔닝 배지의 생산은 시간이 많이 걸리고 생리학적 및 병리학적 상태와는 거리가 멀다. 공동 배양의 몇 가지 모델이 상업적으로 이용 가능하지만 특정 분석으로 제한되며 대부분 두 가지 유형의 세포에 대한 것입니다.
여기에는 수많은 기능 분석과 호환되는 3D 프린팅 인서트가 사용됩니다. 인서트를 사용하면 6웰 플레이트의 웰 하나를 4개의 구획으로 분리할 수 있습니다. 다양한 조합을 설정할 수 있습니다. 또한, 창문은 구획의 각 벽에 설계되어 모든 구획 간의 잠재적인 세포 간 통신이 부피 의존적 방식으로 배양 배지에서 가능합니다. 예를 들어, 측분비 세포 간 통신은 단층, 3D(스페로이드) 또는 이 둘을 결합하여 4가지 세포 유형 간에 연구할 수 있습니다. 또한 서로 다른 세포 유형의 혼합을 2D 또는 3D(오가노이드) 형식으로 동일한 구획에 시딩할 수 있습니다. 3D 프린팅된 인서트에 바닥이 없기 때문에 플레이트의 일반적인 배양 조건, 인서트가 포함된 플레이트의 코팅 가능, 광학 현미경으로 직접 시각화할 수 있습니다. 다중 구획은 서로 다른 세포 유형을 독립적으로 수집하거나 각 구획에서 RNA 또는 단백질 추출을 위해 서로 다른 시약을 사용할 수 있는 가능성을 제공합니다. 본 연구에서는 새로운 3D 프린팅 인서트를 공동 배양 시스템으로 사용하기 위한 상세한 방법론을 제공합니다. 이 유연하고 간단한 모델의 여러 기능을 입증하기 위해 이전에 발표된 세포 통신의 기능적 분석이 새로운 3D 프린팅 인서트에서 수행되었으며 재현 가능한 것으로 입증되었습니다. 3D 프린팅된 삽입물과 컨디셔닝된 배지를 사용한 기존 세포 배양은 유사한 결과를 가져왔습니다. 결론적으로, 3D 프린팅 인서트는 부착 세포 유형을 가진 수많은 공동 배양 모델에 적용할 수 있는 간단한 장치입니다.
생체 내에서 세포는 직접적으로(세포 접촉) 또는 간접적으로(분자 분비에 의해) 서로 통신합니다. 세포 통신을 연구하기 위해 직접 공동 배양(서로 다른 세포 유형이 동일한 웰에서 직접 상호 작용함) 및 구획화된 공동 배양(서로 다른 세포 유형이 배양 시스템의 서로 다른 구획에서 간접 상호 작용함)과 같은 다양한 공동 배양 모델을 개발할 수 있습니다1. 또한, 컨디셔닝 배지는 공동 배양 시스템에 사용될 수 있으며, 여기서 간접 상호작용은 반응자 세포 유형1로 전달되는 이펙터 세포 유형의 컨디셔닝 배지에 포함된 분비된 분자에 의해 활성화됩니다.
측분비 세포 통신 연구의 경우, 간접 공동 배양 시스템은 생체 내에서 세포 상호 작용을 강력하게 반영하는 모델을 제공합니다. 간접 공동 배양 시스템이 개발되고 상용화되어 간접 공동 배양 모델 2,3의 확립이 가능해졌습니다. 안타깝게도 대부분의 간접 공동 배양 시스템은 두 개의 구획만 제공합니다. 다른 간접 공동 배양 시스템은 여러 구획을 제공하지만 현재 원고에 보고된 시스템에 비해 확장성이 떨어집니다. 그들 중 일부는 현미경으로 고전적인 시각화를 허용하지 않으며 종종 특정 응용 방법을 제시합니다. 여러 연구에서, 상이한 세포 유형 사이의 측분비 통신은 조건화 된 배지 모델 4,5,6,7에 의해 조사된다. 이것은 특정 방법이나 재료를 확립할 필요가 없기 때문에 간접 공동 배양 시스템에 비해 조사가 더 쉬운 방법입니다1. 반면에, 컨디셔닝 배지의 준비는 시간이 많이 걸리고 단방향 세포 신호전달(이펙터에서 반응자로)에 대한 정보만 제공합니다1.
이 논문에서는 세포 통신을 조사하는 새롭고 간단한 방법을 제안합니다. 직접 또는 간접 상호 작용과 2D 또는 3D 형식에서 여러 세포 유형을 결합할 수 있는 인쇄된 인서트는 공동 배양 모델을 쉽게 설정할 수 있는 많은 이점을 제공합니다. 6웰 플레이트의 웰에 배치되도록 조정된 3D 프린팅 인서트는 원형이며 웰을 4개의 구획(2개의 큰 구획과 2개의 작은 구획)으로 분리할 수 있습니다. 그림 1A). 3D 프린팅 인서트는 바닥이 없는 것이 특징입니다. 따라서, 셀은 인서트가 놓인 플레이트와 직접 접촉한다. 또한, 각 구획은 다른 구획과 독립적으로 코팅될 수 있다. 또한, 세포 거동은 광학 현미경으로 쉽게 추적할 수 있습니다. 인서트의 각 벽에 통신 창이 있으면 최적의 시간에 공통 배지를 추가하여 서로 다른 공동 배양 실험을 수행할 수 있습니다. 여러 세포 유형 간의 직접 및/또는 간접 통신을 연구하기 위해 공동 배양의 수많은 조합을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 단층 및/또는 3D(스페로이드)에서 4개의 서로 다른 세포 유형 간의 간접 공동 배양 모델을 설계할 수 있습니다. 직접 및 간접 공동 배양 모델의 조합은 동일한 구획에서 서로 다른 세포 유형을 혼합하여 수행할 수도 있습니다. 복잡한 구조(오가노이드, 조직 외식편 등)가 다양한 세포 유형에 미치는 영향은 만들 수 있는 모델의 또 다른 예가 될 수 있습니다. 또한 3D 프린팅 인서트는 세포 생물학 기능 분석(증식, 이동, 유사관 형성, 분화 등) 및 생화학 검사(DNA, RNA, 단백질, 지질 추출 등)와 호환됩니다. 마지막으로, 3D 프린팅 인서트는 서로 다른 구획에서 동일한 실험에서 서로 다른 분석을 동시에 결합할 수 있는 가능성과 함께 공동 배양 모델의 광범위한 실험 계획을 제공합니다.
3D 프린팅된 인서트의 일부 용량은 빠르고 사용하기 쉬운 공동 배양 모델임을 검증하기 위해 제공됩니다. 측분비 세포 통신에 대해 수행된 이전에 발표된 연구와 비교하여 3D 프린팅 삽입물이 가치 있는 공동 배양 모델이 될 수 있는 능력이 입증되었습니다. 이 점을 평가하기 위해 각질 세포에 의한 내피 세포 증식 및 이동 조절을 3D 프린팅 삽입 시스템과 조건 매체를 사용하는 기존 시스템 간에 비교했습니다. 3D 프린팅 인서트는 컨디셔닝 미디어를 사용하는 기존 시스템과 비교하여 유사한 결과를 빠르게 얻을 수 있습니다. 실제로, 3D 프린팅된 인서트는 컨디셔닝된 배지를 생성할 필요 없이 양방향으로 세포 상호작용을 연구할 수 있는 강력한 모델을 제공하며, 동일한 실험에서 증식 및 이동 분석을 병렬로 수행할 수 있습니다.
결론적으로, 이 논문에서는 세포 통신을 연구하기 위한 새롭고 즉시 사용 가능한 모델을 제안합니다. 모든 부착 세포 유형과 호환되는 3D 프린팅 인서트를 사용하면 생체 내 조건에 더 가까워지는 것을 목표로 하는 다양한 공동 배양 조합을 수행할 수 있습니다.
참고: 3D 인서트(그림 1A)는 상업적으로 조달되며 세포 배양 및 오토클레이빙에 생체 적합성이 있는 포토폴리머 수지를 사용하여 인쇄됩니다( 재료 표 참조). 이 섹션에서는 인서트를 통해 공동 배양 모델을 설정하는 자세한 프로토콜에 대해 설명합니다( 그림 1B 참조). 응용 프로그램의 몇 가지 예도 제공됩니다.
1. 멸균된 인서트를 6웰 플레이트에 배치
2. 폴리-L-라이신 또는 폴리-HEMA와 같은 코팅(선택적 단계)
참고: 코팅은 이 실험에서 수행되지 않으며, 인서트 코팅의 가능성에 대해 알리기 위해 단계가 제공됩니다.
3. 세포의 파종
4. 공동 배양의 구현 (그림 1Bd)
참고: 공동 배양의 구현은 공통 배지가 추가되는 시간에 해당합니다. 서로 다른 구획의 모든 세포 유형에 대해 고유한 배지를 추가하면 통신 창(3D 프린팅 삽입물 벽의 난형 구멍)이 있기 때문에 세포 간 측분비 통신의 가능성이 제공됩니다. 공동 culture를 구현하려면 4.1-4.3단계를 수행합니다.
5. 세포 관찰, 계수 및 긁기
6. 재활용을 위한 인서트 클리닝
7. 세포 증식 분석 - WST-1 분석
8. 세포 이동 분석 - 2개의 이동 챔버 장치
본 연구에서는 컨디셔닝 배지를 사용하여 기존 방법에 필적하는 강력하고 신뢰할 수 있으며 중요한 데이터를 얻기 위해 최적화된 공동 배양 시스템에 대해 설명했습니다. 3D 프린팅된 인서트는 실험에서 업스트림의 컨디셔닝 배지의 어려움과 시간 소모적인 생산을 극복함으로써 상호 작용에서 다양한 세포 유형의 생체 내 미세 환경 조건을 모방합니다. 이전에 발표된 연구는 모낭에 존재하는 두 가지 세포 유형인 인간 미세혈관 내피 세포(HDMEC)와 인간 외근초의 각질 세포(KORS) 간의 간접적인 상호 작용을 분석하기 위해 다시 수행되었습니다8. 여기에서 HDMEC와 KORS 간의 간접 상호 작용을 조사하기 위해 컨디셔닝 미디어를 사용하는 고전적인 방법과 비교하여 3D 프린팅 인서트를 사용하여 얻은 결과의 재현성을 입증했습니다. 연구8에서 이전에 기술된 세포 배양 조건은 본 연구에서와 동일하였다. 3D 프린팅 인서트의 치수를 고려하여 조정되었습니다(프로토콜 참조). 우선, 표현형과 세포 생존율은 모든 세포 유형에 대해 두 조건(조건화된 배지 .3D대 인쇄된 삽입물) 사이에서 비슷했습니다(그림 2). 실제로, 90%의 생존율은 6-웰 플레이트의 웰에서 관찰되었고(그림 2A 및 표 1), KORS에 대한 3D 프린팅 삽입물(그림 2B 및 표 1)에서 91%가 관찰되었습니다. HDMEC의 생존율은 6웰 플레이트의 웰에서 85%(그림 2C 및 표 2)인 반면, 3D 프린팅 삽입물(그림 2D 및 표 2)에서는 86%였습니다. 세포 생존율에 대한 데이터는 다음과 같이 자동 세포 계수기(Table of Materials)에 의해 계산되었다: 생존 세포의 수를 총 세포 수(dead + viable cells)로 나눈 값. 평균 데이터는 2회 반복이 수행된 6개의 독립적인 실험에서 얻어진 생존율을 백분율로 계산하여 얻었다(표 1 및 표 2 참조).
이러한 결과는 3D 프린팅된 삽입물이 6웰 플레이트에서 일반적인 배양과 비교하여 세포 거동 또는 생존율을 변경하지 않았음을 나타냅니다. 따라서 3D 프린팅 인서트는 공동 배양의 새로운 모델로 검증되었습니다.
간접 셀 통신의 이전에 입증된 파라미터(8 )를 분석하였다. 모든 실험에서 3D 프린팅된 인서트 공동 배양 구현은 고전 배양 조건에 따른 프로토콜에 따라 실현되었습니다(이전 작업8 참조).
먼저, 3D 프린팅 인서트에서 KORS와 HDMEC 간의 간접 세포 통신을 세포 증식을 분석하고 컨디셔닝 미디어를 사용하는 기존 방법과 비교하여 평가했습니다(그림 3). 삽입물(+KORS)에 KORS가 있는 경우, HDMEC 증식은 KORS(대조군)가 없는 대조군 조건에 비해 24시간 후 1.5배, 48시간 후 3.1배 유의하게 증가했습니다(그림 3A). 이러한 결과는 조건화된 배지 실험에 의해 얻어진 것과 일치하였다(도 3B). 실제로 KORSCM 은 HDMEC 증식을 24시간 후 1.5배, 48시간 후 2.1배 유의하게 증가시키는 것으로 나타났습니다.
HDMEC 마이그레이션에 대한 KORS의 영향을 확인하기 위해 3D 프린팅된 인서트 공동 배양 모델을 테스트했습니다. 이 효과는 이전에 조건화된 배지8 을 사용하는 고전적인 공동 배양 시스템에서 입증되었습니다(그림 4). KORS(대조군)가 없는 대조군 조건에서 HDMEC는 24시간 후에 상처 부위의 약 44%를 이동하여 덮었습니다(그림 4A). KORS (+ KORS)가있는 경우 HDMEC 마이그레이션이 강력하고 크게 증가했습니다. 실제로, 상처 치유의 동역학은 상처 부위의 43%, 67% 및 99%가 각각 3시간, 12시간 및 24시간 후에 HDMEC로 덮인 것으로 나타났습니다. 이러한결과는 이전에 얻어진 것과 일치하였다 8, 여기서 KORSCM 은 유사한 방식으로 HDMEC 마이그레이션을 증가시키는 것으로 나타났다(도 4B).

그림 1: 세척에서 인서트 재활용까지 3D 프린팅된 인서트 공동 배양의 구현을 보여주는 워크플로. (A) 3D 프린팅된 인서트의 대표 사진. (B) 이 원고에 제시된 분석의 대표적인 예가 예시되어 있다. 증식 분석은 3D 프린팅된 인서트의 다른 구획에 배치된 두 개의 이동 챔버 장치를 사용하여 다른 구획에서 수행되는 이동 분석과 병행하여 3D 프린팅된 인서트의 한 구획에서 수행될 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: KORS 및 HDMEC 생존도. (A,B) KORS 형태 (A) 6웰 플레이트의 웰 및 (B) 3D 프린팅 삽입물의 (10x). (씨, 디) HDMEC 형태 (10x) (C) 6웰 플레이트 웰 및 (D) 3D 프린팅 인서트. 스케일 바: 200 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: HDMEC 증식에 대한 KORS의 영향. (A) HDMEC 증식은 24시간 또는 48시간 동안 KORS가 없는 상태(대조군 = CTRL) 또는 KORS(+ KORS)가 있는 상태에서 3D 프린팅된 삽입물에 WST-1 염료를 사용한 비색 분석으로 측정되었습니다. (B) HDMEC 증식은 ECM 기저 세포 배양 배지 또는 KORSCM의 존재 하에 WST-1 염료를 사용한 비색 분석으로 측정되었습니다. 24 시간 또는 48 시간 동안. 결과는 평균 SEM±, n=8회 반복으로 나타내었으며, 2개의 독립적인 실험을 수행하였다. *p < 0.05, ***p < 0.001, ****p < 0.0001 및 *****p < 0.00001. KORS는 FBS 및 성장 인자 없이 ECM에서 배양되었습니다. 48시간 후, 이 컨디셔닝 배지를 수집하여 실험을 위해 -80°C에서 보관하였다. 이 그림은 8에서 수정되었으며 허가를 받아 복제되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: HDMEC 마이그레이션에 대한 KORS의 영향 . (A) KORS가 없는 경우(control = CTRL) 또는 KORS(+ KORS)가 있는 경우 3D 프린팅된 인서트에서 HDMEC의 마이그레이션을 복구 백분율로 표시하고 정량화합니다. (B) ECM 또는 KORSCM 에서 HDMEC의 마이그레이션을 표시하고 회수 백분율로 정량화합니다. 결과는 SEM± 평균으로 표현하였으며, n=3 반복실험, 반복실험 당 3개의 필드를 분석하였고, 2개의 독립적인 실험을 수행하였다. **p<0.01, *****p<0.00001입니다. 스케일 바: 200μm. KORS는 FBS 및 성장 인자 없이 ECM 에서 배양되었습니다. 48시간 후, 이러한 조건화 배지를 수집하여 실험을 위해 -80°C에서 보관하였다. 이 그림은 8 에서 수정되었으며 허가를 받아 복제되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 카운트 1 | 카운트 2 | 의미하다 | 총 평균 | ||
| 6웰 플레이트 | 복제 1 | 95% | 84% | 90% | 90% |
| 복제 2 | 90% | 88% | 89% | ||
| 복제 3 | 85% | 89% | 87% | ||
| 복제 4 | 97% | 89% | 93% | ||
| 복제 5 | 88% | 94% | 91% | ||
| 복제 6 | 86% | 92% | 89% | ||
| 3D 프린팅 인서트 | 복제 1 | 92% | 89% | 91% | 91% |
| 복제 2 | 91% | 80% | 86% | ||
| 복제 3 | 93% | 92% | 93% | ||
| 복제 4 | 94% | 98% | 96% | ||
| 복제 5 | 88% | 86% | 87% | ||
| 복제 6 | 93% | 97% | 95% |
표 1: KORS 생존율 측정. KORS 생존율은 6-웰 플레이트의 웰과 트리판 블루 염색 및 자동 계수를 사용하여 3D 프린팅된 삽입물에서 측정되었습니다.
| 카운트 1 | 카운트 2 | 의미하다 | 총 평균 | ||
| 6웰 플레이트 | 복제 1 | 90% | 88% | 89% | 85% |
| 복제 2 | 79% | 78% | 79% | ||
| 복제 3 | 71% | 75% | 73% | ||
| 복제 4 | 86% | 82% | 84% | ||
| 복제 5 | 91% | 88% | 90% | ||
| 복제 6 | 99% | 94% | 97% | ||
| 3D 프린팅 인서트 | 복제 1 | 99% | 86% | 93% | 86% |
| 복제 2 | 80% | 75% | 78% | ||
| 복제 3 | 79% | 80% | 80% | ||
| 복제 4 | 98% | 85% | 92% | ||
| 복제 5 | 85% | 78% | 82% | ||
| 복제 6 | 89% | 93% | 91% |
표 2: HDMEC 생존율 측정. HDMEC 생존율은 6웰 플레이트의 웰과 트리판 블루 염색 및 자동 계수를 사용하여 3D 프린팅된 삽입물에서 측정되었습니다.
저자는 경쟁하는 재정적 이익을 선언하지 않습니다.
이 논문에서는 새로 설계된 3D 프린팅 인서트를 공동 배양 모델로 제시하고 내피 세포와 각질 세포 사이의 측분비 세포 간 통신 연구를 통해 검증합니다.
이 연구는 BASF Beauty Care Solutions와 공동으로 이루어졌습니다. Charlie Colin-Pierre는 BASF / CNRS가 후원하는 박사 학위 펠로우입니다.
3D 프린팅 인서트의 개념에 대해 Mr. Mehdi Sellami에게 감사드립니다.
| 오토클레이브 | Getinge | APHP | 솔리드 사이클, 121 ° C 20분 동안 |
| Biomed Clear | Formlabs | RS-F2-BMCL-01 | Impression performed by 3D-Morphoz 회사 (Reims, France) |
| 세포 배양 세제 | Tounett | A18590/0116 | |
| 세포 증식 시약 WST-1 | Roche | 11,64,48,07,001 | |
| 카운팅 슬라이드 | NanoEnTek | EVE-050 | |
| 배양 - 인서트 2 웰 μ-Dish 35 mm | Ibidi | 80206 | 2-이동 챔버 장치. |
| 내피 세포 배지 | ScienCell | 1001 | 기초 배지 +/- 25mL의 소 태아 혈청(FBS, 0025), 5mL의 내피 세포 성장 보충제(ECGS, 1052) 및 5mL의 페니실린/스트렙토마이신 용액(P/S, 0503). |
| EVE 자동 세포 계수기 | 나노엔텍 | NESCT-EVE-001E | |
| EVOS XL Core | Fisher Scientific | AMEX1200 | 10배 확대 |
| 식품 실리콘 시약 및 촉매 키트 | Artificina | RTV 3428 A 및 B | (10:1) |
| FORM 3B 프린터 | Formlabs | PKG-F3B-WSVC-DSP-BASIC | 3D-Morphoz 회사가 수행한 인상 |
| 인간 피부 미세혈관 내피 세포(HDMEC) | ScienCell | 2000 | |
| 외근초의 각질세포(KORS) | ScienCell | 2420 | |
| 매크로 상처 치유 도구 소프트웨어 | ImageJ | 커버되지 않은 표면의 측정에 사용되는 소프트웨어( Migration assays) | |
| 중간엽 줄기세포 배지 | ScienCell | 7501 | 기초 배지 +/-25mL의 소 태아 혈청(FBS, 0025), 중간엽 줄기세포 성장 보조제(MSCGS, 7552) 5mL 및 페니실린/스트렙토마이신 용액 5mL(P/S, 0503) |
| 마이크로플레이트 리더 SPECTRO 스타 나노 | BMG Labtech | BMG LABTECH 소프트웨어 | |
| PBS | Promocell | C-40232 | Ca2+ / Mg2+ |
| Trypan Blue Stain 없음 | NanoEnTek | EBT-001 | |
| 트립신 / EDTA | 프로모셀 | C-41020 | 37°C에서 NORS의 배양; 5 분 동안 5 % CO2< / sub>의 C. 실온에서 5분 동안 HDMEC 배양 |
| : 96웰 플레이트, Nunclon Delta Surface | Thermoscientific | 167008 |