우리는 인간 경추 오가노이드를 확립하고 유전적으로 조작하는 상세한 프로토콜을 제시합니다.
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우리는 인간 경추 오가노이드를 확립하고 유전적으로 조작하는 상세한 프로토콜을 제시합니다.
자궁경부암은 여성에서 네 번째로 흔한 암이며, 자궁 외경구암에 가장 자주 영향을 미칩니다. 자궁 외경막은 층층화된 편평상피로 둘러싸여 있으며, 기저세포와 분화하는 비기저세포와 기저상세포로 구성되어 있습니다. 자궁경부 원절 후 관찰된 재생은 강력한 줄기세포 활성의 존재를 시사합니다. 그러나 자궁경부 줄기세포의 정체와 조절 기전, 그리고 그 악성 변형 과정에 대한 이해는 인간 자궁경부 조직에 대한 접근이 제한되고 자궁 외세균에서 줄기세포 활동을 최적으로 평가할 수 있는 시스템의 부재로 인해 제한적이었습니다. 최근에 확립된 인간 경추 오가노이드는 이러한 한계를 극복하고 경추 생리학과 병리학을 연구할 새로운 기회를 제공할 수 있습니다. 그러나 인간 경추 오가노이드를 분리하고 확립하는 표준화된 방법은 존재하지 않습니다. 여기서는 인간의 외경 오가노이드를 확립하는 방법을 설명합니다. 구체적으로, 우리는 인간의 외경피상피에서 단일 세포를 분리하는 프로토콜을 제시합니다. 최적화된 효소 용액에서 자궁경부 조직을 배양함으로써 자궁경부 상피를 벗겨내어 세포 수율을 극대화하고 섬유아세포 오염을 최소화합니다. 또한 최적화된 배지 제형을 사용하여 인간 자궁경부 오가노이드를 배양하는 조건을 개략적으로 설명합니다. 또한, 경추 오가노이드의 통과 및 유전적 조작 절차도 상세히 설명합니다. 이 프로토콜은 인간 자궁경부 오가노이드를 확립하고 이를 활용해 자궁경부 줄기세포와 질병을 연구하는 데 매우 효율적인 접근법을 제공합니다.
자궁 외세균은 자궁경부암의 가장 흔한 부위입니다 1,2. 선진국에서 인유두종바이러스(HPV) 백신 접종 이후 자궁경부암이 감소하고 있지만, 전 세계적으로 여전히 여성 사이에서 네 번째로 흔한 암으로 남아 있습니다 3,4. 또한, 일부 국가에서는 자궁경부 전암성 병변의 발생률이 계속 증가하고 있습니다 5,6. 저등급 편평상피내 병변(LSIL)은 종종 저절로 퇴행하는 반면, 고등급 편평상피내 병변(HSIL)은 침습성 암으로 진행될 위험이 있으며 일반적으로 절제술이나 전피 수술과 같은 수술적 개입이 필요합니다. 이러한 시술은 외세피녹스를 단축시키고 유산이나 조산의 위험을 높일 수 있습니다 7,8. 자궁경부 생물학에 대한 더 깊은 이해와 재생 치료 개발이 이러한 도전 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있지만, 견고하고 생리학적으로 적합한 모델 시스템이 필요합니다.
동물 모델은 자궁경부 항상성, 질병 기전, 치료 전략에 대한 이해를 크게 발전시켰습니다. 하지만 인간 생물학 및 병리학과의 본질적 차이로 인해 번역 가치가 제한됩니다. 대안으로, 오가노이드는 인간 생물학과 질병을 모델링하는 강력한 플랫폼으로 등장했습니다. 오르가노이드는 줄기세포에서 유래한 3차원 미세구조로, 기원 조직의 조직학과 분자 신호를 재현합니다 9,10,11. 이들은 기관, 식도, 자궁경부 등 여러 조직에서 다양한 인간 조직 줄기세포를 식별하는 데 사용되었습니다. 더불어, 오르가노이드는 유전적 조작을 가능하게 하여 암과 섬유증을 포함한 다양한 질병의 병인기를 모델링할 수 있게 합니다 15,16,17. 또한, 오가노이드는 약물이나 세포 치료의 효능과 독성을 스크리닝하는 효과적인 플랫폼 역할을 합니다18, 19, 20, 21.
최근 두 개의 독립적인 그룹이 인간 경추 오가노이드 시스템을 확립했다22,23. 이러한 진전을 바탕으로 자궁경부 오가노이드 배양의 효율성을 크게 향상시켰고, 인간 자궁경부 줄기세포를 확인했습니다13. 더 나아가, 경추 상피를 떼어내어 경추 상피 아래에 있는 섬유아세포의 포함을 최소화했습니다. 경추 오가노이드를 유전적 조작으로 활용하여 미생물 대사산물과 그 하류 경로가 경추 항상성 유지와 전암 진행 방지에 미치는 역할을 밝혀냈습니다. 따라서 자궁경부 오가노이드를 생성, 유지 및 유전적으로 변형하기 위한 표준화되고 최적화된 프로토콜은 자궁경부 생물학과 병리학을 연구하는 데 필수적인 도구가 될 것입니다.
이 글에서는 인간 경추 오가노이드를 생성하고 통과시키는 상세하고 최적화된 프로토콜을 제시합니다. 또한 전기천공을 통한 유전적 조작 프로토콜도 설명합니다.
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인간 자궁경부 조직을 이용한 세포 분리 및 오가노이드 배양은 대구 DGIST 및 경상북도 칠곡경북국립대학병원 내부 심사위원회(DGIST-20210401-BR-112-01 및 KNUCH-2020-12-020-001)에 의해 모든 관련 윤리 규정에 따라 승인 및 수행되었습니다. 인체 외경경 조직은 칠곡경북 산부인과에서 제공하였다. 양성 자궁 질환으로 인해 전복강경 자궁적출술을 받은 환자들로부터 건강한 자궁경부 조직을 채취하였습니다. 모든 환자로부터 사전 동의를 받았습니다.
1. 외경피 조직으로부터의 단일 세포 분리
참고: 이 프로토콜은 약 5 mm × 5 mm × 5 mm 크기의 인간 ectocervix 생검 샘플로 시작합니다(그림 1).
2. 외부 정액 오가노이드 씨앗 및 배양
3. 오가노이드 해리 및 재씨앗
4. 전기천공을 통한 인간 자궁경부 오가노이드의 유전적 조작
참고: 이 프로토콜은 Lonza Amaxa 4D-뉴클레펙터와 P4 1차 세포 4D-뉴클레오프터 X 키트(#V4XP-4032)를 사용하여 작성되었습니다.
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3D 인간 경추 오가노이드 배양
갓 분리된 인간 외경구 조직은 위에서 언급한 순서로 단일 세포로 분리되었고, 이후 24웰 세포 배양 삽입물 위에 플레이트되어 이 프로토콜에 설명된 대로 자궁경부 오가노이드를 형성하도록 배양되었습니다(그림 1). 인간 경추 오가노이드는 단일 세포에서 2주 동안 직경 최대 500 μm까지 성장합니다(그림 2A). 오가노이드 생성 성공률은 90% 이상(11개의 서로 다른 생검 조직에서 10회 달성)이며, 전체 오가노이드 형성 효율은 약 40%입니다. 배양일수 7일부터 10일까지는 양파 껍질 같은 미세구조의 동심원 층상 무늬를 보여주기 시작했습니다. 이러한 미세구조는 오가노이드 내에서 층화된 편평상피가 생성되었음을 나타낸다. 이 기관은 분화된 기저 세포와 외곽...
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이 원고에서는 인간 경추 오가노이드를 설정하고 통과시키는 프로토콜을 설명합니다. 또한 경추 생물학 및 병리학 연구를 크게 발전시키는 유전적 조작 프로토콜도 제공합니다. 우리는 인간 자궁경부 오가노이드에 대해 프로토콜을 최적화했지만, 약간의 수정만 있으면 다른 오르가노이드 시스템에도 적용할 수 있습니다.
오가노이드 배양을 확립하고 최적화하는 데 필수적인 정보에는 최소한의 성분으로 최대 효율을 위한 상세한 배지 조성과 최적의 효소 및 기계적 단편화를 사용하는 단일 세포 해리 프로토콜이 포함됩니다. 단세포 해리를 위해 인간 자궁경부 샘플을 디스파이즈 용액에 1시간 배양했습니다. 그 후 식도 및 기관 조직과 마찬가지로 경추 상피를 온전한 시트로 떼어냈습니다(그림 1)12,27
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이 작업은 보건복지부의 보조금(정 Y. 지원금 RS-2024-00439434)의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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| P4 일차 세포 4D-뉴클레오펙터 X 키트 | 론자 | V4XP-4032 | |
| 96웰 초저 부착판 | SPL | 39796 | |
| 셀 스트레너 40 및 마이크로; m | SPL | 93040 | |
| 50mL 원뿔형 튜브 500/박스 | 언어치료사(SLP) | SPL50050 | |
| 15ml 원뿔관 | 사르스테트 | 62.554.502 | |
| 크라이오퓨어 튜브 1.8 mL - 흰색 | 사르스테트 | 72.379P | |
| 37 & deg; C, 5% CO2 및 nbsp; 인큐베이터 | 에펜도르프 | 9734IQ905476 | |
| 세포 배양 삽입물 | SPL | 37024 | |
| 아마사 4D 핵 핵 검사 | 론자 | AAF-1003X | |
| 블로킹 버퍼(DPBS에서 BCS 2%) | 깁코 / 웰진 | BCS: 26010074; DPBS: LB001-02 | |
| 디스페이즈 II 분말 | 깁코 | 17105041 | |
| DNAse I | 효소학 | M059L | |
| 마트리젤 | 코닝 | 356231 | |
| 적혈구 용해 완충제 | 바이오세상 | R2015 | |
| 트립LE 익스프레스 | 깁코 | 12605 | |
| 워시 버퍼 (HBSS) | JBI | BL003-1 | |
| 고급 DMEM/F12 | 깁코 | 12634028 | |
| 글루타맥스 보충제 | 깁코 | 35050-061 | |
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| 젠장 | 깁코 | 15630-080 | |
| B27 보충제 | 깁코 | 17504044 | |
| 노긴 | 페프로텍 | 118214 | |
| N-아세틸-l-시스테인 | 시그마 | A9165 | |
| Y-27632 | 스템셀 테크놀로지 | 72307 | |
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| FGF7 | 페프로텍 | AF-100-19-250UG | |
| A83-01 | 셀렉켐 | S7692 | |
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| NGF | 페프로텍 | AF-450-01-100UG | |
| R-스폰딘 | 중국생물학 | 11083-HNAS | |
| HGF | 페프로텍 | 100-39H-250ug | |
| FGF10 | 페프로텍 | 100-26 | |
| 페트리디시 35 mm | SPL | 10035 | |
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| 포스콜린 | 시그마 | F6886 | 10 & 뮤; M |
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| NGF | 페프로텍 | AF-450-01-100UG | 20 ng/ml |
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| HGF | 페프로텍 | 100-39H-250ug | 25 ng/ml |
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