적용 제품	적용 논문
Cellartis® hiPS Beta Cells (from ChiPSC12) Kit (Code Y10100) Cellartis® hiPS Beta Cells (from ChiPSC22) Kit (Code Y10106)	Analysis of the behavior of 2D monolayers and 3D spheroid human pancreatic beta cells derived from induced pluripotent stem cells in a microfluidic environment

https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2021.02.009
Analysis of the behavior of 2D monolayers and 3D spheroid human pancreatic beta cells derived from induced pluripotent stem cells in a microfluidic environment
Amal Essaouiba, Rachid Jellali, Marie Shinohara, Benedikt Scheidecker, Cecile Legallais, Yasuyuki Sakai, Eric Leclerc


■ Abstract 미리보기
Primary human β-cells/islet은 한정적인 적용성과 donor diversity로 인한 발현 차이가 있어 당뇨병 연구를 위한 in vitro 모델로는 한계가 있다. Human induced pluripotent stem cell (hiPSC)는 당뇨병 연구, 항 당뇨병 약물 스크리닝 및 개인별 맞춤 치료제를 위한 유망한 세포 공급원으로 주목 받고 있지만, in vivo의 maturity와 기능을 재현하기는 아직 어려움이 있다. 본 논문은 hiPSC 유래 β-cells을 microfluidic biochip에서 배양하는 2가지 방법을 비교 분석하였다. 첫 번째는 기존에 많이 활용되고 있는 petri-dish에서 2D, monolayer 배양 방식을 이용하였고, 이 방식으로 배양된 세포는 인슐린, PDX1, MAFA positive staining, C-Peptide 생산, 농도 별 포도당 (glucose)과 GLP1 노출에 특이적으로 반응함을 확인하였다. 하지만, 첫 번째 방식으로 배양된 세포는 배양 조건 (extracellular matrix coating, 세포 접착 시간, cell inoculation density, flow rate)의 변경 및 2D biochip로의 적용이 어려웠다. 두 번째는 honeycomb static culture를 통해 3D spheroid로 세포를 배양하였다. 총 14일간 배양된 spheroid는 2D 세포보다 더 높은 수준의 β-cells marker (INS mRNA)와 α-cell marker (GCG mRNA, glucagon positive staining) 발현을 보였으며, 농도 별 포도당, GLP1 노출에서 모두 인슐린을 특이적으로 분비하였다. 이 spheroid는 3D biochip에서 10일간 성공적으로 배양되었으며, GCG의 mRNA 발현이 증가했을 뿐 아니라 β-cells marker의 고발현과 농도 별 포도당, GLP1 노출에 대한 반응을 잘 유지하였다. 게다가, C-Peptide와 인슐린의 분비는 static culture로 배양된 spheroid보다 3D biochip에서 배양했을 때 더 높게 관찰되었다. 이 결과는 hiPSC 유래 β-cells과 biochip에서 배양한 spheroid가 췌장 질환 및 당뇨병의 모델과 항당뇨병 약물 스크리닝에 유망함을 보여주었다.

■ 논문에서 사용된 Takara 관련 제품 알아보기
Cellartis^® hiPS Beta Cells (from ChiPSC12) Kit (Code Y10100) --- 정상유전자
Cellartis^® hiPS Beta Cells (from ChiPSC22) Kit (Code Y10106) --- 당뇨병 취약 대립유전자 HLA-A*0201 보유

• hiPSC로부터 분화된 췌장 β 세포
  (hiPSC -> definitive endoderm -> pancreatic endoderm -> endocrine progenitor -> β cell)
• 성숙한 췌장 β 세포 마커 발현: Insulin, C-peptide, MAFA, UCN3, NKX6.1, PDX1 등
• Glucose나 incretin 의존적인 인슐린 분비 능력 보유
• 활용 예: 췌장 β 세포 기능 해석, 당뇨병/질병모델, 인슐린 분비와 조절에 관여하는 물질 screening
• 신약 개발 모델로의 활용 예 - GPCR 조절 약물 개발
  : 대립 유전 형질의 차이에 따른 GPCR 조절 약물 (Exenatide, Acetylcholine, 4-CMTB) 반응성 차이

■ Takara 제품을 이용한 method 미리보기
- Cell source
ChiPSC12로부터 분화된 stage 1의 췌장 β 세포를 다카라바이오㈜로부터 제공 받았다. hiPSC 유래 β-cells은 제조사가 제공하는 Cellartis^® hiPS Beta Cell Media Kit (Code Y10108)로 배양해 인슐린을 생산하는 세포로 분화시켰다.

- 2D Petri pancreatic β-cell culture protocol
Cellartis^® Beta Cell Coating (Code Y10103)을 이용해 24 well plate를 코팅한 후, 37 °C에서 보관하였다. 1시간 후 코팅 용액을 제거하고, 500 ㎕의 배양 배지 (Cellartis^® Beta Cell Basal Medium; Code Y10104), Cellartis^® Beta Cell Basal Medium; Code Y10105)를 각 well에 분주했다. 각 세포는 2 X 10⁵ cells/㎠의 density로 seeding되었으며, 5% CO², 37 °C 조건에서 배양되었다. 배양 배지는 총 12일 간 매일 교체하였으며, 배양 12일 차부터 15일 차에는 assay용 배양 배지 (Cellartis^® Beta Cell Supplement; Code Y10102), Cellartis^® Beta Cell Basal Medium; Code Y10105)로 교체하였다.