여기에서 우리는 세포외 플럭스 분석을 통해 3차원(3D) 신경아교종 스페로이드와 이미징 기반 정규화를 통합하는 대사 프로파일링 플랫폼을 구축합니다. 이 접근법을 통해 약물 치료에 대한 종양 대사 반응을 보다 정확하게 평가할 수 있으며 잠재적인 내성 메커니즘에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
방법 논문
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여기에서 우리는 세포외 플럭스 분석을 통해 3차원(3D) 신경아교종 스페로이드와 이미징 기반 정규화를 통합하는 대사 프로파일링 플랫폼을 구축합니다. 이 접근법을 통해 약물 치료에 대한 종양 대사 반응을 보다 정확하게 평가할 수 있으며 잠재적인 내성 메커니즘에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
뇌종양, 특히 신경아교종은 공격적인 특성, 복잡한 종양 미세 환경, 기존 치료법에 대한 내성으로 인해 치료하기 어렵습니다. 기존의 2차원(2D) 세포 배양은 실제 종양 환경을 복제하지 못하는 경우가 많아 약물 효능을 부정확하게 예측할 수 있습니다. 일반적으로 2D 배양의 실시간 대사 분석에 사용되는 세포외 플럭스 분석 기술은 세포외 산성화율(ECAR) 및 산소 소비율(OCR)과 같은 주요 대사 매개변수를 측정하여 세포 대사에 대한 통찰력을 제공합니다. 3D 모델의 사용은 생체 내 종양 환경을 보다 정확하게 모방하므로 상당한 발전을 나타냅니다. 세포외 플럭스 분석기는 3차원(3D) 신경아교종 세포 모델에 적용되어 보다 생리학적으로 관련성이 높은 맥락에서 해당작용 및 산화적 인산화를 포함한 중요한 대사 경로를 분석할 수 있었습니다.
U87 세포를 96웰 저부착 플레이트에 적절한 밀도로 파종하고 5일 동안 배양했습니다. 5일째에 3D 스페로이드 형성이 고함량 이미징을 통해 관찰되었습니다. 성공적으로 형성된 스페로이드를 대사 분석을 위해 폴리-L-라이신으로 코팅된 대사 분석 플레이트로 옮겼습니다. 이러한 측정의 정확도를 향상시키기 위해 고함량 이미징 시스템은 3D 세포 크기를 평가하여 세포외 플럭스 데이터의 정확한 정규화를 허용하고 세포 크기 차이로 인한 대사 변화를 최소화합니다. 이 통합 접근 방식은 약물 치료에 대한 신경아교종 세포 대사 반응에 대한 보다 신뢰할 수 있는 분석을 제공하여 약물 내성의 잠재적인 메커니즘을 밝힙니다. 궁극적으로 이 방법론은 신경아교종의 대사 역학에 대한 귀중한 통찰력을 제공하고 새롭고 임상적으로 관련된 치료 전략의 개발을 지원합니다.
널리 퍼져 있고 공격적인 형태의 뇌종양인 신경아교종은 빠른 진행, 매우 이질적인 종양 미세 환경 및 기존 치료법에 대한 현저한 내성으로 인해 심각한 임상적 문제를 야기합니다1. 이러한 복잡성으로 인해 치료 평가의 정확성을 향상시키기 위해 보다 생리학적으로 관련된 실험 모델이 필요합니다. 기존의 2차원(2D) 세포 배양 시스템은 생체 내 종양 구조 및 세포-세포 상호작용2을 요약하지못하여 종종 약물 효능 및 종양생물학에 관한 오해의 소지가 있는 결론을 내립니다3.
이러한 한계를 해결하기 위해 3차원(3D) 종양 모델이 우수한 대안으로 등장하여 생체 내 종양의 구조적, 기능적 특성을 모방하여 향상된 생물학적 관련성을 제공합니다 4,5. 동시에, 대사 재프로그래밍은 신경아교종 진행 및 치료 저항성의 특징으로 점점 더 인식되고 있습니다 6,7,8. 세포외 플럭스 분석은 세포외 산성화 속도(ECAR, 주로 해당작용 젖산 생산에서 양성자 유출 측정) 및 산소 소비율(OCR, 산화 인산화에서 미토콘드리아 산소 활용 정량화)과 같은 주요 대사 매개변수를 실시간으로 측정하기 위해 널리 채택된 기술이 되었으며, 해당작용 및 산화적 인산화 경로에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다 9,10,11.
이 연구에서는 세포외 플럭스 분석을 3D 신경아교종 스페로이드를 분석하기 위해 채택되어 생체 내 종양 상태와 매우 유사한 맥락에서 대사 경로를 조사할 수 있었습니다. U87 신경아교종 세포를 투명한 둥근 바닥 초저부착 96웰 플레이트에 웰당 1,500개의 세포 밀도로 파종하고 스페로이드 형성을 촉진하기 위해 5% CO2 로 37°C에서 5일 동안 배양했습니다. 스페로이드 형태를 확인하고 세포 크기를 평가하기 위해 고함량 이미징을 사용했습니다. 대사 분석에 앞서 직경이 약 220μm인 조밀하고 원형의 3D 세포 스페로이드를 폴리-L-라이신으로 사전 코팅된 분석 플레이트로 옮겨 접착 및 측정 안정성을 보장했습니다. 중요한 것은 스페로이드 크기를 기반으로 한 대사 데이터의 정규화가 통합 고함량 이미징을 통해 수행되어 변동성을 줄이고 데이터 신뢰성을 향상시켰다는 것입니다.
3D 배양, 세포외 플럭스 분석 기술 및 이미징 기반 정규화를 결합한 이 통합 플랫폼을 통해 치료 개입에 대한 신경아교종 대사 반응을 보다 정확하게 평가할 수 있습니다. 이 연구는 약물 내성의 대사 토대를 연구하기 위한 강력한 프레임워크를 제공하고 신경아교종에 대한 보다 효과적이고 임상적으로 전환 가능한 치료 전략 개발에 기여합니다.
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1. 2D 세포 배양
2. 3D 세포 스페로이드 형성
3. 대사 분석 플레이트의 Poly-D-Lysine 코팅
참고: 대사 분석 마이크로플레이트는 세포외 플럭스 분석 중 세포 스페로이드 접착을 위해 설계된 특수 마이크로플레이트입니다.
4. 스페로이드 성장 모니터링
5. 스페로이드 처리
참고: 대사 반응을 평가하기 위해 성숙한 3D 스페로이드에 대해 약물 치료를 수행했습니다.
6. 세포 스페로이드의 전달
7. 대사 분석
8. 폐기물 처리
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3D 세포 스페로이드의 에너지 대사 검출 과정에서 가장 중요한 세 단계는 3D 세포 스페로이드의 배양, 스페로이드 전달 과정, 검출 후 스페로이드의 이미징 및 정량화입니다(그림 1). 또한 세포 스페로이드의 상태를 관찰하는 것도 매우 중요합니다. 상술한 실험 절차에 따라 실험을 실시한 결과, 5일 째에 스페로이드가 검출되고(도 2), 스페로이드는 평균 면적이 약 50,000μm²까지 성장하였다(표 3). 세포 스페로이드의 성장 시간을 연장하려면 7-10일로 연장할 수 있습니다. 대사 분석 플레이트의 하단 영역에 의해 제한되므로 검출할 세포 스페로이드가 너무 크지 않아야 합니다. 세포 스페로이드를 옮기는 과정에서 스페로이드가 적절하고 정확하게 포착되지 않으면 스페로이드의 손실도 발생하여 실험 결과에 영향을 미칩니다. 따라서 실험 후 세포외 플럭스 측정을 보정하고 실험 결과의 ...
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세포외 플럭스 분석을 3D 신경아교종 모델에 적용하는 것은 종양 세포 대사 연구에서 중요한 방법론적 발전을 나타냅니다. 전통적인 2D 배양은 오랫동안 시험관 내 실험의 기초 역할을 해왔지만 생 체 내 종양의 특징인 공간 구조, 세포-세포 및 세포-기질 상호 작용, 산소 및 영양 구배를 포착하지 못합니다12. 이러한 특징은 대사 재프로그래밍이 종양 진행 및 치료 저항성에 중요한 역할을 하는 신경아교종과 특히 관련이 있습니다13.
세포외 플럭스 분석을 3D 배양에 적용할 때 주목할만한 과제는 대사 매개변수의 정확한 정규화입니다. 2D 단층과 달리 3D 스페로이드는 세포 수, 크기 및 모양 측면에서 더 큰 가변성을 나타내며, 이는 수정되지 않은 경우 ECAR 및 OCR 데이터 해석에 상당한 오류를 일으킬 수 ...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 중국 국립자연과학재단(National Natural Science Foundation of China)의 자금 지원을 받았으며 보조금 번호는 82471329 및 82001248입니다.
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