3차원 다세포 스피로이드 문화의 최근 발전과 미래 발전

생물의학 분야에서는 체외에서 세포를 배양하여 세포생물학을 연구한다. 전통적으로 세포는 2차원 배양법을 사용하여 페트리 접시나 배양병에 배양된다. 1943년, 얼은 단층 세포 배양법을 만들었다. 기존의 2차원 세포배양법은 조작이 간편하고 체내 세포의 성장, 증식, 분화를 개선하는 데 어느 정도 도움이 된다. 그러나 체내의 복잡한 생물학적 미세 환경을 시뮬레이션할 수 없고 조직별 특성이 손실되어 얻어진 실험 결과와 체내의 상황 사이에 일정한 불일치가 발생한다. 1980년대 위버는 세포와 세 포 외 행렬(ECM)의 관계를 체계적으로 요약하고 유방암 세포 연구에서 3차원 세포배양(TDCC) 모델을 구축해 3차원 배양 기술을 탄생시켰다.

 

3차원 배양균은 체내에서 세포-세포와 세포-세포-외기 행렬 상호작용을 더 잘 시뮬레이션할 수 있으며 체내 세포 배양에 보다 현실적인 미세 환경을 제공한다. 3차원 세포 배양에서, 세포는 캐더린과 결합할 때 자발적으로 집적되고 소형 다세포 스피어리드(MCS)를 형성한다. 구체적으로는 3차원 세포 배양 과정이 3단계로 나뉜다(그림 1). 첫 번째 단계에서는 여러 개의 RGD 모티브를 가진 ECM이 긴 링크 헤드의 역할을 하며, 분산된 단일 셀은 통합체의 작용에 따라 느슨한 집계를 형성합니다. 두 번째 단계에서는 상피 캐더린이 표현 및 축적되고, 골재는 압축 중단의 지연 단계로 진입한다. 세 번째 단계에서, 느슨한 셀 골재는 캐더린-캐더린 결합을 형성함으로써 상피성 캐더린의 강력한 혈우병 상호작용 하에서 밀도가 높은 스피어로이드를 형성한다. 게다가, 세포 외 기계적 단서는 세포의 통합에 의해 필라멘트로 전달되었고, 이것은 스피로이드 자가 조립에 필수적인 과정이다.

 

MCS는 암 연구, 항암 약물 검사, 약물 독성 분석 및 조직 공학의 중요한 3차원 모델로 널리 주목을 받았다. 예를 들어 약물검진 분야에서는 동물실험과 임상실험을 하기 전에 체외 종양 모델의 효능을 평가할 필요가 있다. 다세포 종양 스피로이드(MCTC)는 체내 종양 조직과 유사한 대사 및 증식 경사로 분포로 인해 항암 약물 검사의 혈관 종양 모델로 사용된다. MCS의 적용은 생체 내 생물학과 체외 생물학 연구 사이의 다리를 건설하는 동시에 실험실에서 동물을 실험에 사용하는 비용 및 윤리적/법적 우려를 줄이는 데 도움이 된다. 지금까지 암세포, 유도 만능 줄기세포, 섬유아세포를 포함한 일련의 세포들이 MCS 생산을 위해 연구되었다.

 

MCS 모델은 생물의학 분야에서 널리 인정받고 있지만, 높은 처리량 생성을 달성하고, 생성 비용과 어려움을 줄이며, 스피로이드 생성 프로세스에서 제공하는 생화학적 신호의 정확성을 더욱 향상하는 방법에 관해서는 여전히 개발과 적용이 제한된다. 다른 연구자가 MCS 생성 방법을 검토했지만 이 방법의 개발과 적용에 대한 포괄적이고 체계적인 검토는 여전히 드물다. 따라서, 본 기사는 MCS 연구의 최근 발전을 검토한다. 먼저 일련의 MCS 생성 방법을 제시한다. 그런 다음, 우리는 그들의 작동 원리를 다루고 실제 응용 프로그램의 예를 제공한다. MCS 생성에 사용된 자료를 요약합니다. 둘째, 다양한 방법의 장단점을 분석한다. 그런 다음 MCS의 적용 분야를 요약합니다. 마지막으로, MCS의 현재 상황과 향후 개발 방향에 대해 논의한다.

 

MCS는 원래 A에 의해 만들어졌다. 모스코나와 H. 셀 서스펜션의 자가 조립을 통한 모스코나. 그들은 초기 병아리 배아의 독립 사지-부드 세포와 중피 세포가 체내에서 조직과 같은 연결을 재구성하고 고유한 역사적 전개를 복원할 수 있다는 것을 발견했다. 스피로이드 생성 방법을 평가하기 위한 지표로 MCS의 생성 효율성, 편의성, 경제성, 난이도, 크기 일관성 등이 사용된다. 기존 MCS 제조 방법은 비 접착성 표면 액체 커버로 대표되지만, 마이크 로웰 배열 방법, 행 드롭, 회전 플라스크 및 외부 힘 방법이 널리 사용되었으며, 일반적으로 낮은 생산 효율을 제공하고 많은 노동력을 필요로 하며, 스피로이드 크기를 제어하는데 어려움을 겪고 있다. 이러한 방법에 대한 일부 혁신에도 불구하고, 그들의 고유한 단점은 생물의학 분야에서 그들의 발전을 방해한다.

 

마이크로/나노 제작, 셀 이미징, 광학 등 일부 기술의 개발과 진전에 따라 새로운 MCS 생성 기술이 개발되었으며, 그 중 마이크로 유체 기술 및 셀 비계 기술이 대표적인 예이다. 이러한 기술은 MCS의 높은 처리량 준비를 가능하게 할 뿐만 아니라 MCS의 형성 과정과 세포 간 상호작용 메커니즘에 대한 더 깊은 이해를 제공할 수 있다. 또한, 연구원들은 세포 성장 중에 ECM을 시뮬레이션하기 위해 하이드로겔을 사용하여 세포에 더 현실적인 생체 내 미세 환경을 제공한다. 표 1은 다양한 MCS 생성 방법과 그 장단점을 요약한 것이다.