세포시트 기반 생체외 암 모델의 개발

Abstract

Cancer is one of the main causes of death in humans. Research on cancer has been done a lot since the 20th century until the 21st century, but has yet to fully understand it. While the two-dimensional model developed in these situations is used as a standard model for many cancer studies, these two-dimensional models do not reflect the actual cancer environment. Because of these shortcomings, 3D models, similar to the actual environment, are being developed to be applied to patients based on results from the two-dimensional model. However, these three-dimensional models were also totally not considered in the real world of the ECM, which exists in the body, only by using cancer cells to study the form of spheroid, or by mixing different cells. Only recently are these models being developed, and we also developed a cellular sheet-based three-dimensional model with our own technology of cell sheets. The cell sheet is an artificial tissue that mimics the tissue in the body and has been developed to help recover the unrelenting wounds of postoperative patients, burns and diabetes. The research was conducted in the belief that cell sheets could be combined with speroid to create an artificial environment similar to the actual cancer environment. In our study, unlike in the two-dimensional or simple spheroid culture, the presence of the ECM on cell sheets has shown to increase resistance to anticancer drugs in the cancer. Also, in the cellular sheet binding model of transversed insurer cells, the cell sheet model could be seen spreading around the invoice, unlike the former models. In addition, it was possible to observe the hypoxia area inside one of the main characteristics of cancer in the existing three-dimensional models. The EMT-related representative molecules like vimentin, TGF-β1, N-cadherin were analyzed through RT-qPCR and Western blot, and the results were shown that three molecules increased. Furthermore, stability could not be established in a traditional two-dimensional model. However, stability of a three-dimensional model created using cancer tissue from patients could be maintained up to 30 days. In addition, through the transduction of GFP into tissue, live area can be confirmed with fluorescence in real time. This allowed us to identify the impact on cancer tissues over time in a five-day anti-cancer reaction. This is expected to help select an anti-cancer drug for each of patient. | 암은 인간의 주요 죽음의 원인 중 하나이다. 암에 대한 연구는 20세기를 넘어 21세기인 현재까지 많이 진행되었지만 아직 암에 대하여 완전히 이해하지 못 하고 있다. 이러한 상황에서 개발된 2차원 모델은 많은 암 연구에 있어서 표준적인 모델으로서 사용되고 있지만, 이러한 2차원 모델은 실제 암의 환경을 반영하지 못하는 단점이 있다. 이러한 단점으로 인해 2차원 모델로 부터의 결과를 토대로 환자에게 적용하기엔 무리가 따르고 이를 극복하기 위해 실제 환경과 유사한 3D 모델들이 개발되고 있다. 하지만, 이러한 3차원 모델 또한 단지 암 세포를 가지고 spheroid라는 형태를 만들어 연구하는 방식이거나 다른 세포를 섞어 spheroid를 만들어 연구하는 형태를 띄고 있을 뿐, 실제 체내에서 존재하는 ECM 부분은 전혀 고려되고 있지 않은 상황이었다. 최근에 들어서야 이러한 부분들이 고려된 모델들이 개발되고 있고, 우리 또한 세포시트라는 자체 기술을 가지고 이러한 기류에 편승하여 세포시트 기반의 3차원 모델을 개발 하였다. 세포시트는 체내의 조직을 흉내 낸 인공조직으로 수술 후 발생하는 결손 부위, 화상, 당뇨환자의 아물지 않는 상처의 회복을 돕기 위해 개발 되었다. 세포시트를 spheroid와 결합하여 실제 암 환경과 유사한 환경을 인공적으로 만들 수 있다고 생각하여 연구를 진행 하였다. 우리의 연구 결과에서, 2차원 또는 단순 spheroid culture에서와는 다르게 세포시트의 ECM의 존재는 cancer에 항암제에 대한 저항성을 더 높여주는 모습을 보여 주었다. 또한, GFP가 transfection된 cancer cell로 만든 세포시트 결합 모델에서, 전자의 기존 모델들과는 다르게 세포시트 모델은 invasion과 주변으로의 퍼져나가는 모습을 확인 할 수 있었다. 또한, 기존의 3차원 모델들에서 관찰 할 수 있는 암의 주요 특징 중 하나인 내부의 hypoxia 지역을 관찰 할 수 있었다. EMT 관련 대표 분자인 vimentin, TGF-β1, N-cadherin을 RT-qPCR과 western blot을 통해 분석한 결과 vimentin과 N-cadherin, active TGF-β1은 증가하였고, N-cadherin은 감소하는 결과를 보여 나타내었다. 더 나아가 환자로부터 얻은 암 조직을 이용하여 만든 3차원 모델에서 기존 2차원 조직 모델에서 확립할 수 없었던 안정성을 30일 까지 확보 할 수 있었다. 또한 조직으로 GFP 도입을 통해 살아있는 부분을 형광현미경으로 실시간으로 확인 할 수 있었다. 이러한 점 5일간의 항암제 처리 반응에서 시간에 따른 암 조직에 대한 영향을 확인 할 수 있었다. 이것은 각 환자에 맞는 항암제 선정에 도움이 될 것으로 예상한다.