Name: 3D 유체 칩에서 폐절제술 후 내피 글리코칼릭스 모델링 - 혈관 기반 장기 온 칩 시스템 제작에 대한 접근 방식 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-09-16T13:20:00.000+00:00
Duration: 6 min 12 s
Description: 학습하세요 폐절제술 후 내피 글리코칼릭스 손상을 모델링하는 혈관 기반 장기 온 칩 시스템 제작 방법을. 실리콘 탄성체를 이용한 이 기법은 혈관 질환 연구에 생체 모방적 모델을 제공합니다.

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전폐절제술은 오른쪽 또는 왼쪽 폐를 적출하기 위해 수행되는 침습적이고 고위험한 외과적 개입입니다1. 이 절차는 일반적으로 폐암, 폐결핵 및 외상성 폐 손상과 같은 다양한 중증 질환에 대한 치료 옵션으로 활용됩니다2. 이 절차는 유망하지만 부정맥에서 폐부종에 이르는 수술 후 합병증의 비율 증가로 강조되는 심각한 위험을 초래합니다1.
폐절제술은 심장의 전체 심박출량을 나머지 폐로 유도함으로써 심혈관 역학에 지대한 영향을 미칩니다3. 이러한 혈류의 방향 전환은 나머지 폐 맥관 구조 내에서 압력과 전단 응력을 증가시키는 것으로 알려져 있습니다4. 혈류 패턴의 이러한 광범위한 변화로 인해 내피 글리코칼릭스(GCX)는 혈류 패턴의 이러한 변화를 감지하는 데 중추적인 역할을 합니다5.
GCX는 환경 변화에 반응하여 생화학적 활동을 조절하는 젤 같은 층입니다 6,7. 이의 발현은 정적 배양에 비해 균일한 흐름에 장기간 노출되면 증가하고 교란된 흐름에 노출되면 감소하는 것으로 나타났습니다 8,9. GCX는 전체 맥관 구조에 걸쳐 0.1-1μm 범위의 다양한 두께를 나타내며 혈관의 내피 세포를 코팅하는 필수 기계 형질도입층 역할을 합니다10. 네트워크는 그림 1과 같이 당, 지질 및 단백질의 조밀한 층으로 구성됩니다. 이 당은 결합하여 혈류에 자유롭게 존재하거나 단백질이나 지질에 부착될 수 있는 글리칸을 형성하여 프로테오글리칸, 당단백질 또는 당지질을 형성합니다 7,11. 프로테오글리칸은 혈장 단백질이나 수용체를 통해 세포막에 결합하는 글리코사미노글리칸(GAG) 사슬로 구성됩니다. 이러한 GAG에는 헤파란 설페이트(HS), 히알루론산(HA), 콘드로이틴 설페이트(CS), 더마탄 설페이트 및 케라탄 설페이트가 포함됩니다 12. 헤파란 황산염은 GCX에서 발견되는 전체 GAG의 50% 이상을 차지하는 우세한 GAG입니다. 이러한 측쇄는 CD44(표면 접착 수용체)와 함께 글리피칸(글리코실포스파티딜이노시톨에 의해 고정됨) 및 신데칸(막 스패닝 도메인 포함)을 포함하는 내장된 코어 단백질에 부착될 수 있습니다. 위에서 설명한 복합체는 성장 인자 조절, 항염증 반응, 혈관 확장 촉진 및 혈관 투과성 조절에 중요한 역할을 합니다13.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67246/67246fig1v2.jpg"> 
그림 1: GCX 구성 요소 다이어그램. 내피 글리코칼릭스의 구성 요소를 나타내는 개략도. 이 개략도는 혈관의 내강에서 발견되는 정점 글리코칼릭스를 표시하여 막 결합 프로테오글리칸과 당단백질을 보여줍니다. BioRender.com 으로 생성 이 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/67246fig1v2large.jpg" target="_blank">그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
폐절제술과 GCX 손상 사이의 정확한 연관성은 잘 연구되지 않았지만 폐절제술에 의해 유도된 변경된 혈류 패턴과 GCX의 무결성 사이에는 그럴듯한 상관관계가 존재합니다. 맥관 구조의 혈류 장애는 GCX6에 손상을 입히는 것으로 알려져 있습니다. 우리는 전폐절제술 후 남은 맥관 구조의 증가된 교란된 흐름과 전단 응력의 변화가 시간이 지남에 따라 GCX에 손상을 줄 수 있다는 가설을 세웠습니다. 이러한 가속화된 악화는 수술 후 합병증 및 이환율을 촉진하여 환자의 전반적인 건강에 내재된 위험을 증가시킬 수 있습니다13.
이 프로토콜은 그림 2에 설명된 일반적인 절차에 따라 폐절제술 후 폐 맥관 구조를 모델링하는 것을 목표로 했습니다. 유체 시뮬레이션은 전폐절제술 유무에 관계없이 인간 폐 맥관 구조를 복제하는 컴퓨터 지원 설계 모델에서 수행되었습니다. 전폐절제술 모델은 CT 스캔 및 문헌 데이터에서 파생된 치수를 기반으로 3D 모델링 소프트웨어에서 3D 폐 맥관 구조를 설계한 다음 전산 유체 역학(CFD) 소프트웨어의 흐름 시뮬레이션을 위해 더욱 단순화하여 생성되었습니다. 시뮬레이션은 대조군과 비교할 때 전절제술 모델에서 전단 응력이 증가한 영역에 의해 선택된 특정 관심 영역을 식별했습니다. 이러한 관심 영역은 시험관 내 모델을 구축하기 위해 복제하기 위해 선택되었습니다. 시험관 내 모델은 유체 챔버 설계를 활용하여 흐름 조건의 차이를 시뮬레이션하기 위해 정상적인 형상과 전폐 절제술 형상으로 맥관 구조의 여러 섹션을 시뮬레이션했습니다.
인간 폐 미세혈관 내피 세포(HLMVEC)를 피브로넥틴 코팅된 폴리디메틸실록산(PDMS) 기질에서 배양했으며, 선택된 분기 영역을 모방하도록 형성되었습니다. 미세혈관 내피 세포 배양 배지는 연동 펌프를 사용하여 시스템을 통해 관류되었습니다. 마지막으로, 세포와 GCX를 고정하고 GCX 염색 항체로 면역염색한 후 형광 현미경을 사용하여 시각화하여 유체 흐름에 노출된 후 상태를 평가했습니다. 프로토콜의 일반적인 타임라인은 표 1에서 찾을 수 있습니다.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67246/67246fig2.jpg"> 
그림 2: OOC 개발 순서. 폐 전폐절제술의 효과를 연구하기 위한 새로운 OOC 시스템 개발 순서 (1) 인간 폐 맥관 구조에서 생성된 CT 스캔. (2) 3D CAD 모델의 관심 영역을 식별하는 데 사용되는 CT 스캔 형상. (3) 시험관 내 모델에 대한 관심 형상을 결정하기 위한 유체 흐름 시뮬레이션. (4) 시뮬레이션 결과에서 관심 영역을 포함하는 PDMS 금형 모델링 (5) 관류를 위해 금형을 고정하기 위해 아크릴 케이스에 삽입된 금형 (6) 플로우 챔버 설정 완료 (7) 인큐베이터로 전송된 전체 플로우 챔버 설정 (8) 전단 응력에 노출된 후 촬영한 명시야 및 형광 이미지. BioRender.com 으로 생성 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/67246fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
표 1: 일반 프로토콜 타임라인. 각 단계의 평균 지속 시간(h)이 있는 프로토콜 내에서 단계를 수행하는 일반 순서입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/Table%201.xlsx" target="_blank">이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>#8-32 x 3/4인치 콤보 라운드 헤드 아연 도금 기계 나사(8팩)</td><td>에버빌트</td><td>204274613</td><td>-</td></tr><tr><td>0.25% EDTA-트립신</td><td>써모피셔 사이언티픽</td><td>25200056&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>15mL 원추형 멸균 폴리프로필렌 원심분리기 튜브</td><td>써모 사이언티픽</td><td>12-565-269</td><td>-</td></tr><tr><td>35x10mm 접시, Nunclon Delta</td><td>써모 사이언티픽</td><td>153066</td><td>-</td></tr><tr><td>50mL 원뿔형 멸균 폴리프로필렌 원심분리기 튜브</td><td>써모 사이언티픽</td><td>12-565-271</td><td>-</td></tr><tr><td>모듬 고무 마개</td><td>피셔브랜드</td><td>14-132</td><td></td></tr><tr><td>BioLite 세포 배양 처리 플라스크 (25cm^2)</td><td>써모 사이언티픽</td><td>12-556-009</td><td>-</td></tr><tr><td>BioLite 세포 배양 처리 플라스크 (75cm^2)</td><td>써모 사이언티픽</td><td>12-556-010</td><td>-</td></tr><tr><td>COMSOL 다중물리</td><td>컴솔</td><td>해당 사항 없음</td><td>-</td></tr><tr><td>양면 접착제&nbsp;</td><td>3분</td><td>16758005</td><td>-</td></tr><tr><td>Epredia Richard-Allan Scientific 커버 글래스&nbsp;</td><td>써모 사이언티픽</td><td>22-050-218</td><td>-</td></tr><tr><td>태아 소 세럼</td><td>써모피셔 사이언티픽&nbsp;</td><td>A5256701&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>피브로넥틴</td><td>써모피셔 사이언티픽&nbsp;</td><td>33016015&nbsp;</td><td>20 & 뮤; g/mL 희석</td></tr><tr><td>Fisherbrand Isotemp 디지털 제어 수조: 모델 210</td><td>피셔브랜드</td><td>15-462-10Q</td><td>-</td></tr><tr><td>피셔브랜드 멸균 주사기 (60mL)</td><td>피셔브랜드</td><td>14-955-461</td><td>-</td></tr><tr><td>인간 폐 미세혈관 내피 세포</td><td>시그마 알드리치</td><td>540-05A&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>Keyence BZX810 형광 현미경</td><td>키엔스</td><td>해당 사항 없음</td><td>-</td></tr><tr><td>Krayden Dow Sylgard 184 실리콘 탄성계 키트. 클리어, (1.1LB)</td><td>다우</td><td>4019862</td><td>-</td></tr><tr><td>Marga Cipta 캐스트 아크릴 시트 1/2' 두께, 48x96'</td><td>마르가 치프타</td><td>해당 사항 없음</td><td>-</td></tr><tr><td>Masterflex L/S Easy-Load II 펌프 헤드</td><td>마스터플렉스</td><td>77200-50</td><td></td></tr><tr><td>Masterflex L/S 정밀 펌프 튜빙, 백금 경화 실리콘, L/S 16; 25피트</td><td>마스터플렉스</td><td>96410-16</td><td>-</td></tr><tr><td>Masterflex L/S 표준 연동 펌프</td><td>마스터플렉스</td><td>07522-20</td><td></td></tr><tr><td>마이크로피펫 0.2 내지 2 & L</td><td>피셔브랜드</td><td>FBE00002</td><td>-</td></tr><tr><td>마이크로피펫 10 내지 100 & L</td><td>피셔브랜드</td><td>FBE00100</td><td>-</td></tr><tr><td>마이크로피펫 100 내지 1000 & mu; L</td><td>피셔브랜드</td><td>FBE01000</td><td>-</td></tr><tr><td>마이크로피펫 5 내지 50 & mu; L</td><td>피셔브랜드</td><td>FBE00050</td><td>-</td></tr><tr><td>미세혈관 내피 세포 성장 배지 (500ml)</td><td>시그마 - 알드리치</td><td>111-500</td><td>-</td></tr><tr><td>Nalgene 멸균 주사기 필터</td><td>써모 사이언티픽</td><td>725-2520</td><td>-</td></tr><tr><td>Nikon Eclipse TS-100 형광 현미경</td><td>니콘</td><td>NI-TS100</td><td></td></tr><tr><td>인산염 완충 식염수(DPBS, 10X), Dulbecco의 포뮬러</td><td>써모 사이언티픽</td><td>J61917입니다. 케이3</td><td>-</td></tr><tr><td>프루사먼트 PLA 프루사 갤럭시 블랙 1kg</td><td>프루사</td><td>PRM-PLA-GLX-1000</td><td>-</td></tr><tr><td>Rebel 하이브리드 현미경, 정립 및 거꾸로, Echo 알아보기</td><td>반향</td><td>76376-746</td><td>-</td></tr><tr><td>실리콘 실란트&nbsp;</td><td>록타이트</td><td>908570</td><td>-</td></tr><tr><td>솔리드웍스</td><td>다쏘시스템</td><td>해당 사항 없음</td><td></td></tr><tr><td>확대기 줄무늬가 있는 멸균 폴리스티렌 일회용 혈청학적 피펫(10mL)</td><td>피셔브랜드</td><td>13-678-11E</td><td>-</td></tr><tr><td>확대기 줄무늬가 있는 멸균 폴리스티렌 일회용 혈청학적 피펫(25mL)</td><td>피셔브랜드</td><td>13-678-11</td><td>-</td></tr><tr><td>돋보기 줄무늬가 있는 멸균 폴리스티렌 일회용 혈청학적 피펫(50mL)</td><td>피셔브랜드</td><td>13-678-11층</td><td>-</td></tr><tr><td>확대기 줄무늬가 있는 멸균 폴리스티렌 일회용 혈청학적 피펫(5mL)</td><td>피셔브랜드</td><td>13-678-11D</td><td>-</td></tr><tr><td>스트렙타비딘, Alexa Fluor 488 접합체</td><td>인비트로젠&nbsp;</td><td>S32354</td><td></td></tr><tr><td>스트렙타비딘, Alexa Fluor 488 접합체</td><td>인비트로젠</td><td>S32354</td><td>-</td></tr><tr><td>주사기 리세보아&nbsp;</td><td>BD</td><td>300865</td><td></td></tr><tr><td>Thermo Scientific Alfa Aesar 1LT 알부민, 소, 분획 V, 35% 솔른, 시약 등급, 지방산 무함유, 아지드화물 함유</td><td>써모 사이언티픽</td><td>N12H004</td><td>-</td></tr><tr><td>튜빙 커넥터</td><td>피셔브랜드</td><td>01-000-161</td><td>-</td></tr><tr><td>DAPI&nbsp가 포함된 VECTASHIELD 퇴색 방지 마운팅 매체;</td><td>벡타쉴드</td><td>H-1200-10</td><td>-</td></tr><tr><td>VWR 워터 재킷 CO2 인큐베이터</td><td>아반타&nbsp;</td><td>10810-744&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>WGA 비오티닐화 항체</td><td>벡터</td><td>B-1025</td><td>-</td></tr></tbody></table>

3d 유체 칩에서 폐절제술 후 내피 글리코칼릭스 모델링 - 혈관 기반 장기 온 칩 시스템 제작에 대한 접근 방식

Modeling the Endothelial Glycocalyx Post-Pneumonectomy in a 3D Fluidic Chip - An Approach to Fabricating a Vascular-based Organ-on-Chip System

유체 시뮬레이션 층류 정상 상태 연구의 결과는 그림 11과 같이 대조군 모델과 비교할 때 전폐 절제술 모델의 특정 분기점에서 전단 응력이 증가한 것으로 나타났습니다. 프로토콜의 2.8단계에서 시각화된 빨간색 영역은 전단 응력이 높은 영역을 나타내고 파란색 영역은 전단 응력이 낮은 영역을 나타냅니다.
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67246/67246fig11.jpg"> 
그림 11: 시뮬레이션된 관심 영역. 전폐 절제술 모델에서 관심 영역을 시각화하는 유체 시뮬레이션. (A) 제어 모델에서 밝은 파란색 영역은 전단 응력이 더 높은 영역을 나타냅니다. (<st...

3D 유체 칩에서 폐절제술 후 내피 글리코칼릭스 모델링 - 혈관 기반 장기 온 칩 시스템 제작에 대한 접근 방식

Endothelial glycocalyx (GCX), a carbohydrate-rich layer coating the luminal surface of endothelial cells, plays a pivotal role in regulating cellular ...

modeling-endothelial-glycocalyx-post-pneumonectomy-3d-fluidic-chip-an

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Bioengineering

생명공학

석판술으로 새겨져와 PDMS에서 가공 Microfluidic 흐름 여왕님 EC 장애와 염증과 관련된 기능적 결과를 알아내기 위해 적용됩니다. 대표 실험에서는 차등 전단 응력의 능력 시토킨 활성화 EC monolayers에 monocytic 세포 접착을 조절하기 위해이 입증되었습니다.

온칩 내피 염증성 Phenotyping

마이크로 - 온 - 칩 플랫폼은 포토 리소그래피 리플 로우 레지스트 기술, 소프트 리소그래피, 그리고 미세 유체의 조합에 의해 개발되었다. endothelialized 마이크로 플랫폼은 생체 내 미세 혈관에서의 3 차원 (3D) 구조를 모방 제어 지속적인 혈류의 흐름에서 실행하고, 고품질의 실시간 영상을 허용하고 미세 혈관 연구에 적용 할 수 있습니다.

멀티 깊이 원형 단면 Endothelialized 마이크로 채널 - 온 - 칩의 개발을위한 절차

이 프로토콜은 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA) 하이드로겔에 내장된 혈관 유래 생체 모방 미세유체 네트워크를 제조하기 위해 이미지 유도 레이저 기반 하이드로겔 분해를 구현하는 방법을 설명합니다. 이러한 생체 모방 미세유체 시스템은 조직 공학 응용 분야, 체외 질환 모델 생성 및 고급 "온칩" 장치 제작에 유용할 수 있습니다.

혈관 유래 미세 유체 네트워크의 이미지 유도, 레이저 기반의 제조

여기, 우리 stretchable, 듀얼 채널의 제작, 기관 수준 기능 체 외업과 위한 기관 칩 미세 세포 문화 장치를 설명 하는 프로토콜을 제시.

Stretchable, 듀얼 채널, 미세 기관 칩의 확장 가능한 제작

이 프로토콜의 목표는 약물 선별 연구에 사용될 수 있는 3D 유방 내피 상양 모델을 빠르게 만들기 위해 사전 형성된 내피 네트워크에 다세포 스페로이드로서 유방 상피 세포를 직접 바이오프린트하는 것입니다.

내피 네트워크에 3D 다세포 유방 스페로이드의 직접 생체 인쇄

여기서, 우리는 미세 유체 칩과 자동으로 제어되는 고효율 순환 미세 유체 시스템을 제공하여 신생 혈관화의 초기 미세 환경을 재구성하여 내피 세포 (EC)가 높은 발광 전단 응력, 생리학적 수준의 경내 연골 흐름 및 다양한 혈관 내막 성장 인자 (VEGF)에 의해 자극 될 수 있도록 합니다.

뇌혈관화의 초기 이벤트를 모방하는 미세 유체 모델

여기서는 마이크로머신 마이크로유체 플랫폼을 사용하여 3차원 단순화 및 미분화 피부 모델을 생성하는 프로토콜을 제시합니다. 병렬 흐름 접근법은 주사기 펌프에 의해 제어되는 상피 세포의 파종을 위해 진피 구획의 시상 증착을 허용합니다.

마이크로머신 마이크로유체 플랫폼의 간소화된 3차원 스킨 온-어칩 모델 생성

이 프로토콜의 목표는 심장 조직 공학, 약물 스크리닝 및 질병 모델링을 위해 심장 섬유아세포(CFs)와 공동 배양된 줄기 세포 유래 심근세포(CFs)로 구성된 고도로 정렬된 인간 심장 조직의 3차원(3D) 미세유체 모델의 개발을 설명하고 시연하는 것이다.

미세 유체 플랫폼 내에서 3D 조직 된 인간 심장 조직 개발

현재 프로토콜은 1차 조직(피부, 폐포, 기도 및 장)의 전층 장기 온칩 배양의 성공적인 확립 및 성숙을 위한 Open-Top Organ-Chip의 기능과 필수 배양 양식을 설명하여 시험관 내에서 인간 상피/중간엽 및 혈관 틈새 인터페이스의 다양한 기능적 측면을 조사할 수 있는 기회를 제공합니다.

Reconspartuting Cytoarchitecture and Function of Human Epithelial Tissues on an Open-Top Organ-Chip (개방형 장기 칩에서 인간 상피 조직의 세포 구조 및 기능 재구성)

Lung-on-chip 모델은 공기-액체 계면과 내피 세포 관류를 모방하여 폐 생리학 연구에 중요한 혈류 및 영양소 교환을 시뮬레이션함으로써 기존 2D 배양을 능가합니다. 이는 폐 연구의 관련성을 높여 호흡기 감염에 대한 이해와 치료를 촉진할 수 있는 역동적이고 생리학적으로 정확한 환경을 제공합니다.

폐포 점막 면역 반응을 연구하기 위한 면역 유능한 폐포-온-칩 모델

당사는 VOP(vessels-on-a-plate)라고 하는 3D 바이오프린팅 기술을 사용하여 표준 6웰 플레이트에서 유연한 크기와 원하는 패턴을 가진 혈관 채널의 고처리량 생산을 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 플랫폼은 손상된 내피와 관련된 질환에 대한 치료법 개발을 발전시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

크기 및 패턴 유연성을 갖춘 표준 six-well plates의 혈관 투과성을 모델링하기 위한 High-throughput Bioprinting 방법

학습하세요 폐절제술 후 내피 글리코칼릭스 손상을 모델링하는 혈관 기반 장기 온 칩 시스템 제작 방법을. 실리콘 탄성체를 이용한 이 기법은 혈관 질환 연구에 생체 모방적 모델을 제공합니다.

3D 유체 칩에서 폐절제술 후 내피 글리코칼릭스 모델링 - 혈관 기반 장기 온 칩 시스템 제작에 대한 접근 방식

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