유기형 전체 피부 재구성 생성: 인간 피부 샘플을 사용하여 3D 피부 모델을 구축하는 절차
0 조회수 • 4:07 분 • April 30th, 2023
피부는 주로 상부 표피층과 하부 진피층으로 구성되어 있습니다. 표피 세포는 기저부에 존재하는 가장 덜 분화된 세포부터 주변부에 있는 고도로 분화된 세포에 이르기까지 여러 층으로 층화되어 있습니다. 정상 피부의 형태학적, 생화학적 측면을 모방한 피부 조직을 성장시키기 위해 유기형 피부 모델을 확립할 수 있습니다.
시작하려면 막질 인서트가 있는 다중 웰 플레이트를 사용하십시오. 콜라겐과 혼합된 피부 섬유아세포를 삽입물에 추가합니다. 콜라겐 매트릭스 응고를 촉진하여 섬유아세포를 내장하고 피부의 피부 구획을 모방하기 위해 배양합니다.
다음으로, 진피층 위에 각질세포 세포 현탁액을 추가합니다. 각질세포가 진피 구획에 부착될 수 있도록 플레이트를 배양합니다. 각질세포 증식과 표피층 형성을 시작하기 위해 표피형성 배지로 배양물을 보충합니다.
마지막으로 인서트를 새로운 멀티웰 플레이트로 옮깁니다. 구조물의 바닥만 덮도록 성층 매체를 추가하여 공기-액체 계면을 만듭니다. 배양 시, 공기-액체 계면은 각질 세포가 층화된 다층 표피로 분화되는 것을 용이하게 합니다.
다음 프로토콜에서는 분리된 인간 피부 세포의 피부 및 표피 대응물을 가진 3D 유기형 피부 재구성을 생성합니다.
피부 재건물의 피부 대응물을 생성하려면 8마이크로미터 공극 크기의 멤브레인 삽입물을 24웰 세포 배양 플레이트에 배치합니다. 각 삽입에 대해 100,000개의 섬유아세포를 겔 중화 용액에 재현탁합니다. 다음으로, 기포를 형성하지 않고 500마이크로리터의 최종 부피에서 1:3의 비율로 섬유아세포 현탁액과 콜라겐 유형 1을 빠르게 혼합합니다.
그런 다음 피펫을 사용하여 각 인서트에 현탁액을 추가합니다. 멸균 후드 내부에 삽입물을 매체 없이 실온에 30분 동안 놓아 피부 젤이 가라앉을 수 있도록 합니다. 다음으로, DMEM으로 젤을 덮고 섭씨 37도에서 밤새 배양합니다.
하룻밤 배양 후, 피부 젤에서 DMEM을 제거하고 섭씨 37도에서 2시간 동안 EGM으로 평형을 이루어 피부 재건의 표피 대응물을 생성합니다. 다음으로, 피펫을 사용하여 젤에서 EGM을 제거합니다.
그런 다음 각 겔 위에 100마이크로리터의 EGM에 재현탁된 100,000개의 각질 세포를 조심스럽게 밀봉합니다. 각질 세포가 피부 젤에 부착될 수 있도록 섭씨 37도에서 1.5시간 동안 재건물을 배양합니다. 피펫 팁을 사용하여 인서트 벽에서 잔류 젤을 조심스럽게 제거합니다.
다음으로, 800마이크로리터의 EGM으로 각 재구성을 덮고 섭씨 37도에서 7일 동안 5% 이산화탄소를 배양합니다.
작은 흰색 피펫 팁으로 인서트 벽에서 잔류 젤을 조심스럽게 제거합니다.
8일차에 인서트를 6웰 플레이트의 별도의 웰에 놓습니다. 다음으로, 1.2-1.4ml의 전이성 흑색종 배지를 각 웰에 추가하여 피부 재건의 기저부만 덮습니다. 그런 다음 섭씨 37도에서 10-17일 동안 5% 이산화탄소를 배양합니다.
개요
본 논문은 인간 피부의 구조와 기능을 모방한 3D 장기 유사 피부 모델을 제작하는 과정을 설명합니다. 이 모델은 진피층과 표피층을 모두 포함하고 있어, 피부 생물학 및 병리학 연구에 활용될 수 있습니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 생물학
- 조직공학
배경
- 피부는 상단의 표피층과 하단의 진피층으로 구성됩니다.
- 표피 세포는 분화 정도가 서로 다른 여러 층으로 층상 구조를 이룹니다.
- 피부 생물학 연구에는 기관 유사 모델(Organotypic models)이 필수적입니다.
- 피부 모델 제작에는 진피 섬유아세포와 각질 형성 세포의 층 쌓기 과정이 포함됩니다.
연구 목적
- 신뢰할 수 있는 장기 유사 피부 모델을 개발하는 것.
- 피부 질환 및 치료법 연구를 촉진하는 것.
- 정상 피부의 형태학적 및 생화학적 특성을 모방하는 것.
사용된 방법
- 막 삽입물이 포함된 멀티웰 플레이트 사용.
- 콜라겐 매트릭스 내로 섬유아세포 임베딩.
- 표피층 형성을 위한 각질형성세포 추가.
- 기액 계면 배양 조건 활용.
주요 결과
- 3D 기관형 피부 구조체의 성공적인 생성.
- 층화된 다층 표피의 구축.
- 배양 내 각질 형성 세포 분화의 입증.
- 피부 관련 질환 연구에서의 잠재적 응용.
결론
- 장기 유사 피부 모델은 인간의 피부를 효과적으로 모사합니다.
- 이 모델은 다양한 연구 응용 분야에 사용될 수 있습니다.
- 향후 연구에서는 이 모델을 이용한 치료적 개입을 탐구할 수 있을 것입니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
생리학적으로 유의미한 3D 피부 모델을 구축하면 인간 피부의 구조와 다세포 복잡성을 재현함으로써 피부과학 및 종양학 표적 검증에서의 기전적 리스크 제거가 가능해집니다. 이는 표피 분화, 진피-표피 상호작용 또는 흑색종 침윤에 영향을 미치는 치료 후보 물질의 전임상 평가에 있어 예측 신뢰도를 높여줍니다. 이 모델은 인간 유래 환경에서 표적 결합 및 경로 조절을 평가하기 위한 질환 관련 시스템을 제공합니다.
바이오제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 표적 검증
- 과학적 가치: 층화된 인간 표피 및 진피 섬유아세포 공배양 시스템에서 치료 가설의 검증을 가능하게 합니다.
- 과학적 가치: 표피 분화 및 진피-표피 신호 전달 모델링을 통해 기능적 타겟 검증을 지원합니다.
- 과학적 가치: 피부 항상성, 장벽 기능 또는 흑색종 진행에 관여하는 타겟의 생물학적 리스크 감소를 촉진합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 과학적 가치: 표피 층화에 미치는 화합물의 영향을 정량적으로 평가하기 위해 표준화되고 재현 가능한 인간 피부 등가물을 생성합니다.
- 운영적 가치: 진피 및 표피 구획이 정의된, 분석법 개발을 위한 확장 가능한 플랫폼을 제공합니다.
- 운영적 가치: 멀티웰 형식의 멤브레인 인서트를 사용하여 중간 처리량 스크리닝 워크플로우를 지원합니다.
중개 및 전임상 연구
- 과학적 가치: 재구성된 인간 피부 미세환경 내에서 흑색종의 침습 및 전이 가능성을 연구할 수 있는 질환 관련 시스템을 제공합니다.
- 과학적 가치: 표피 분화, 침습 또는 기질 상호작용과 관련된 중개 바이오마커의 평가를 가능하게 합니다.
- 운영적 가치: 리드 최적화 및 기전 프로파일링을 위한 인간 유래 모델을 제공함으로써 발견 단계와 전임상 워크플로우를 연결합니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
장기유사 피부 재건 방법은 타겟 검증, 분석법 개발 및 흑색종 침습 연구를 위한 인간 피부 모델을 제공함으로써 발견 생물학 및 전임상 연구 워크플로우에 통합됩니다.
- 발견 생물학: 층상 구조의 인간 조직 모델에서 표피 분화 및 진피-표피 상호작용의 가설 검증을 지원합니다.
- 스크리닝: 층화 및 장벽 형성에 대한 정량적 판독 결과와 함께 진피 및 표피층의 표준화된 생성을 통해 어세이 준비를 가능하게 합니다.
- 분석: 조직학적 또는 이미징 종말점을 통해 표피 두께, 각질 형성 세포 분화 또는 침습 깊이에 미치는 화합물의 효과에 대한 비교 분석을 용이하게 합니다.
- 중개 연구: 재구성된 피부 미세환경에서 인간 흑색종 침습을 모델링함으로써 전임상 연속성을 지원합니다.
- 기업적 재사용: 인간 피부 병태생리학 모델이 필요한 피부과 및 종양학 프로그램에 대해 재사용 가능한 역량을 구축합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 인간 피부 구조와 다세포 복잡성을 모델링하여 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 정의된 세포 파종 비율, 콜라겐 매트릭스 준비 및 기액 계면 배양을 통해 표준화와 재현성을 촉진합니다.
- 전략적 가치: 피부 관련 표적 검증 시 기전적 모호성을 줄여 go/no-go 결정 능력을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: 표피 분화, 진피 무결성 또는 흑색종 침습에 미치는 영향을 기반으로 후보 물질의 위험 조정 우선순위 지정을 가능하게 합니다.
구현 시 고려 사항
- 일차 인간 세포 배양, 콜라겐 겔 조제 및 상피-기질 공동 배양 기술에 대한 전문 지식이 필요합니다.
- 무균 세포 배양 인프라, 다공성 인서트가 포함된 멀티웰 플레이트, 그리고 제어된 배양 환경(37°C, 5% CO₂)이 필요합니다.
- 실험실 간 일관성을 위해 세포 분리, 겔 중화 및 배지 교체 프로토콜의 팀 간 표준화가 필수적입니다.
- 변경 된 세포원 또는 배지 조성을 사용하여 서로 다른 피부 표현형이나 질환 상태(예: 건선, 흑색종)를 모델링할 때 적응 고려 사항이 수반됩니다.
- 일차 인간 피부 세포의 공여자 가변성으로 인해 표피 층화 동역학 및 진피 섬유아세포 활성에 영향을 받을 수 있다는 제약이 있습니다.
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마지막 업데이트: 29 8월 2026