KR102708789B1 - Liver extracellular matrix-derived scaffold for culture and transplantation of liver organoid and preparing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탈세포 간 조직(Liver Extracellular Matrix; LEM)을 이용한 간 오가노이드 배양 및 이식용 지지체에 관한 것이다.The present invention relates to a support for liver organoid culture and transplantation using decellularized liver tissue (Liver Extracellular Matrix; LEM).
Description
본 발명은 간 오가노이드 배양 및 이식을 위한 탈세포 간 조직 유래 지지체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a decellularized liver tissue-derived scaffold for liver organoid culture and transplantation and a method for producing the same.
최근 각광받고 있는 오가노이드는 신약 스크리닝, 약물 독성 평가, 질환 모델링, 세포 치료제, 조직공학 등 다양한 임상적 적용이 가능한 조직 유사체로서 전 세계적으로 급격하게 성장하고 있는 기술이다. 오가노이드는 삼차원 구조체 내에 인체의 특정 장기 및 조직을 구성하는 다양한 세포로 이루어져 있을 뿐만 아니라 그들 간의 상호 작용을 구현할 수 있기 때문에 세포주 모델이나 동물 모델과 같은 기존에 주로 이용되던 약물 평가 모델과 비교해서 훨씬 정확한 체외 모델 플랫폼으로 적용이 가능하다.Organoids, which have recently been in the spotlight, are tissue analogs that can be used in various clinical applications such as new drug screening, drug toxicity assessment, disease modeling, cell therapy, and tissue engineering, and are a rapidly growing technology worldwide. Organoids are not only composed of various cells that constitute specific organs and tissues of the human body within a three-dimensional structure, but can also implement interactions between them, so they can be applied as a much more accurate in vitro model platform than existing drug evaluation models such as cell line models or animal models.
장기 별로 다양한 오가노이드 종류가 존재하는데 이를 연구하는 전 세계 수많은 연구팀에서 현재까지 오가노이드를 배양하기 위해 배양 지지체로서 공통적으로 매트리젤 (Matrigel) 제품을 이용하고 있다. 하지만 매트리젤은 쥐의 육종암 조직에서 추출한 성분이기 때문에, 제품의 품질을 균일하게 유지하기 어려우며 고가이고 동물성 감염균 및 바이러스 전이 등 안전성 측면에서 문제가 있어 오가노이드 배양 시스템으로서 매트리젤은 해결해야 하는 많은 문제점을 가지고 있다. 특히, 암 조직 유래의 소재로서 특정 조직 오가노이드 배양을 위해 필요한 최적의 조직 특이적 미세환경을 제공해 주지 못한다. 매트리젤을 대체하기 위한 고분자 기반 하이드로젤 개발 연구가 일부 진행되어 왔으나 아직까지 매트리젤을 대체할만한 수준의 소재는 보고된 바 없다.There are various types of organoids depending on the organ, and numerous research teams around the world studying them have been using Matrigel as a common culture support to cultivate organoids. However, since Matrigel is a component extracted from mouse sarcoma tissue, it is difficult to maintain consistent product quality, is expensive, and has safety issues such as animal infectious bacteria and viral transfer, so Matrigel has many problems to solve as an organoid culture system. In particular, as a material derived from cancer tissue, it does not provide the optimal tissue-specific microenvironment required for specific tissue organoid culture. Some research has been conducted on the development of polymer-based hydrogels to replace Matrigel, but no material has been reported yet that can replace Matrigel.
간 오가노이드는 간 조직에서 성체줄기세포를 추출하여 배양하거나 인간 유도만능줄기세포 또는 배아줄기세포와 같은 전분화능줄기세포를 간세포로 분화시킨 후 배양하는 방법으로 제작한다. 매트리젤이 생체 내 복합적인 간 조직 특이적 미세환경을 구현하지 못하기 때문에 간 오가노이드 분화 효율 및 기능에 있어 개선이 필요한 상황이다. 따라서 보다 성숙하고 기능적인 간 오가노이드를 제작하기 위한 배양 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.Liver organoids are produced by extracting adult stem cells from liver tissue and culturing them, or by differentiating pluripotent stem cells such as human induced pluripotent stem cells or embryonic stem cells into hepatocytes and then culturing them. Since Matrigel cannot reproduce the complex liver tissue-specific microenvironment in vivo, improvements are needed in the differentiation efficiency and function of liver organoids. Therefore, the development of a culture system to produce more mature and functional liver organoids is urgently required.
또한, 간 섬유화, 간염, 간경화 및 간암 등 대량의 세포 손실 및 간기능 저하가 발생하는 난치성 간 질환은 약물로 치료가 어렵기 때문에 본질적으로 간 조직을 재생시킬 수 있는 치료 기술이 필요한 실정이다. 간 오가노이드는 실제 간 조직에 존재하는 줄기세포를 포함한 다양한 간 조직 구성 세포들을 포함하고 있기 때문에 오가노이드 기반 간 조직공학 및 세포 치료 기술이 크게 각광받고 있다. 하지만 오가노이드와 같은 크기가 큰 조직 유사체를 이식할 때 질환 부위 내 오가노이드의 효율적인 이식 및 생착에 도움을 줄 수 있는 지지체의 개발도 요구되는 상황이다.In addition, intractable liver diseases such as liver fibrosis, hepatitis, cirrhosis, and liver cancer that cause massive cell loss and decreased liver function are difficult to treat with drugs, so treatment technologies that can essentially regenerate liver tissue are needed. Since liver organoids contain various liver tissue-forming cells, including stem cells that exist in actual liver tissue, organoid-based liver tissue engineering and cell therapy technologies are receiving a lot of attention. However, when transplanting large-sized tissue analogues such as organoids, the development of a support that can help with the efficient transplantation and engraftment of organoids in the diseased area is also required.
이러한 현재 당면한 간 오가노이드 배양 및 이식에 있어 기술적 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 간 조직으로부터 탈세포 과정을 거쳐 간 조직 유래 탈세포 지지체를 제작하였고, 이를 간 오가노이드 배양에 이용하는 새로운 플랫폼을 제시한다. 개발된 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체는 간 조직 특이적 다양한 세포외기질 및 성장인자들이 풍부하게 함유되어 있어 매트리젤을 사용했을 때와 비교하여 간 오가노이드의 분화, 성숙도, 기능성을 증진시켰다. 나아가 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤은 간 오가노이드의 생체 내로의 효율적인 이식을 가능하게 하는 이식용 지지체로 가능성을 보여준다.To solve the technical problems in the current liver organoid culture and transplantation, the present invention proposes a new platform for producing a liver tissue-derived decellularized scaffold through a decellularization process from liver tissue and utilizing the same for liver organoid culture. The developed decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold is rich in various liver tissue-specific extracellular matrices and growth factors, and enhances the differentiation, maturity, and functionality of liver organoids compared to when Matrigel was used. Furthermore, the decellularized liver tissue-derived hydrogel shows potential as a transplantation scaffold that enables efficient transplantation of liver organoids into the body.
본 발명은 간 조직을 탈세포화 하여 세포 성분은 모두 제거하고 간 특이적 세포외기질 성분은 보존된 탈세포 간 조직을 제작하고 이를 기반으로 하는 삼차원 하이드로젤을 간 오가노이드 배양에 적용하기 위한 것이다. The present invention is to produce decellularized liver tissue by decellularizing liver tissue to remove all cellular components and preserve liver-specific extracellular matrix components, and to apply a three-dimensional hydrogel based on the decellularized liver tissue to liver organoid culture.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. When a part is said to "include" a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be additionally provided, unless specifically stated otherwise.
달리 정의되지 않는 한, 분자 생물학, 미생물학, 단백질 정제, 단백질 공학, 및 DNA 서열 분석 및 당업자의 능력 범위 안에서 재조합 DNA 분야에서 흔히 사용되는 통상적인 기술에 의해 수행될 수 있다. 상기 기술들은 당업자에게 알려져 있고, 많은 표준화된 교재 및 참고저서에 기술되어 있다.Unless otherwise specified, it can be performed by conventional techniques commonly used in the fields of molecular biology, microbiology, protein purification, protein engineering, and DNA sequence analysis and recombinant DNA within the capabilities of those skilled in the art. These techniques are known to those skilled in the art and are described in many standardized textbooks and reference works.
본 명세서에 달리 정의되어 있지 않으면, 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업계에 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 바와 같은 의미를 가진다.Unless otherwise defined herein, all technical and scientific terms used have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
본 명세서에 포함되는 용어를 포함하는 다양한 과학적 사전이 잘 알려져 있고, 당업계에서 이용가능하다. 본 명세서에 설명된 것과 유사 또는 등가인 임의의 방법 및 물질이 본원의 실행 또는 시험에 사용되는 것으로 발견되나, 몇몇 방법 및 물질이 설명되어 있다. 당업자가 사용하는 맥락에 따라, 다양하게 사용될 수 있기 때문에, 특정 방법학, 프로토콜 및 시약으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Various scientific dictionaries containing terms included in the present disclosure are well known and available in the art. Any methods and materials similar or equivalent to those described herein are found to be useful in the practice or testing of the present invention, but some methods and materials are described. The invention is not limited to specific methodologies, protocols, and reagents, as these can be used in a variety of ways depending on the context in which they are used by those skilled in the art. The invention is described in more detail below.
본 발명의 일 양상은 탈세포 간 조직 유래 세포외기질 (Liver Extracellular Matrix; LEM)을 포함한 지지체 조성물을 제공한다. One aspect of the present invention provides a support composition comprising a decellularized liver tissue-derived extracellular matrix (LEM).
상기 “세포외기질(extracellular matrix)”은 포유류 및 다세포 생물(multicellular organisms)에서 발견된 조직의 탈세포화를 통해 제조된 세포 성장용 자연 지지체를 의미한다. 상기 세포외기질은 투석 또는 가교화를 통해 더 처리할 수 있다.The above “extracellular matrix” refers to a natural support for cell growth prepared by decellularization of tissues found in mammals and multicellular organisms. The extracellular matrix may be further processed by dialysis or crosslinking.
상기 세포외기질은 콜라겐(collagens), 엘라스틴(elastins), 라미닌(laminins), 글리코스아미노글리칸 (glycosaminoglycans), 프로테오글리칸(proteoglycans), 항균제(antimicrobials), 화학유인물질(chemoattractants), 시토카인 (cytokines), 및 성장 인자에 제한되지 않는, 구조형 및 비구조형 생체 분자(biomolecules)의 혼합물일 수 있다.The extracellular matrix may be a mixture of structural and non-structural biomolecules, including but not limited to collagens, elastins, laminins, glycosaminoglycans, proteoglycans, antimicrobials, chemoattractants, cytokines, and growth factors.
상기 세포외기질은 포유 동물에 있어서 다양한 형태로서 약 90%의 콜라겐을 포함할 수 있다. 다양한 생체 조직에서 유래한 세포외기질은 각각의 조직에 필요한 고유 역할 때문에 전체 구조체 및 조성이 상이할 수 있다. The above extracellular matrix can contain about 90% collagen in various forms in mammals. The extracellular matrix derived from various biological tissues can have different overall structures and compositions because of the unique roles required for each tissue.
상기 “유래(derive)", "유래된(derived)"은 유용한 방법에 의해 언급한 원천으로부터 수득한 성분을 의미한다.The above “derived” and “derived” mean a component obtained from the mentioned source by a useful method.
또한, 본 발명의 일 구체예로, 상기 탈세포 간 조직 유래 세포외기질은 0.01 내지 10 mg/mL, 구체적으로 0.5 내지 9 mg/mL 더욱 구제척으로 1 mg/mL 내지 8 mg/mL, 가장 구체적으로는 2, 4, 6 또는 8 mg/mL, 최적화된 구체예로는 4 또는 6 mg/mL로 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위 외의 농도로 포함될 경우, 본 발명이 목적하는 효과를 얻을 수 없거나, 제조 또는 활용에 있어서 부적합할 수 있다.In addition, in one specific embodiment of the present invention, the extracellular matrix derived from the decellularized liver tissue may be contained in an amount of 0.01 to 10 mg/mL, specifically 0.5 to 9 mg/mL, more specifically 1 mg/mL to 8 mg/mL, most specifically 2, 4, 6 or 8 mg/mL, and as an optimized specific example 4 or 6 mg/mL. If contained in a concentration outside the above range, the intended effect of the present invention may not be obtained, or the composition may be unsuitable for manufacture or use.
본 발명의 일 구체예로, 상기 조성물은 0.1 내지 10 Hz 기준 탄성계수가 20 내지 100 Pa일 수 있고, 상기 조성물이 상기 범위의 탄성계수를 가짐으로써 안정적인 고분자 네트워크를 형성할 수 있다.In one specific example of the present invention, the composition may have an elastic modulus of 20 to 100 Pa at 0.1 to 10 Hz, and the composition may form a stable polymer network by having an elastic modulus within the above range.
상기 지지체 조성물은 탈세포화하여 수득한 간 조직 매트릭스 조성물을 기반으로 제조한 3차원 하이드로젤을 포함하며, 간 오가노이드 배양에 효과적으로 활용될 수 있다.The above support composition comprises a three-dimensional hydrogel manufactured based on a liver tissue matrix composition obtained by decellularization, and can be effectively utilized for liver organoid culture.
상기 탈세포화된 간 조직은 실제 조직 특이적 세포외기질 성분을 포함하므로 해당 조직의 물리적, 기계적, 생화학적 환경을 제공할 수 있으며, 간 조직 세포로의 분화 및 조직 특이적 기능성을 증진시키는데 매우 효율적이다.The above decellularized liver tissue contains actual tissue-specific extracellular matrix components, so it can provide physical, mechanical, and biochemical environments for the tissue, and is very efficient in promoting differentiation into liver tissue cells and tissue-specific functionality.
상기 “오가노이드(organoid)”는 조직 또는 전분화능줄기세포에서 유래된 세포를 3D 형태로 배양하여 인공장기와 같은 형태로 제작한 초소형 생체기관을 의미한다.The above “organoid” refers to an ultra-small living organ produced in the form of an artificial organ by culturing cells derived from tissues or pluripotent stem cells in a 3D form.
상기 오가노이드는 줄기세포에서 발생하고 생체 내 상태와 유사한 방식으로 자가-조직화(또는 자가-패턴화)하는 장기 특이적 세포를 포함한 삼차원 조직 유사체로서 제한된 요소(Ex. growth factor) 패터닝에 의해 특정 조직으로 발달할 수 있다.The above organoids are three-dimensional tissue analogues containing organ-specific cells that originate from stem cells and self-organize (or self-pattern) in a manner similar to the in vivo state, and can develop into specific tissues by patterning with limited factors (e.g., growth factors).
상기 오가노이드는 세포의 본래 생리학적 특성을 가지며, 세포 혼합물(한정된 세포 유형뿐만 아니라 잔존 줄기 세포, 근접 생리학적 니치(physiological niche)를 모두 포함) 원래의 상태를 모방하는 해부학적 구조를 가질 수 있다. 상기 오가노이드는 3차원 배양 방법을 통해 세포와 세포의 기능이 더욱 잘 배열되고, 기능성을 가지는 기관 같은 형태와 조직 특이적 기능을 가질 수 있다.The organoids can have an anatomical structure that mimics the original state of the cell mixture (including not only limited cell types but also residual stem cells and a close physiological niche) while retaining the original physiological characteristics of the cells. The organoids can have a functional organ-like morphology and tissue-specific functions with better arrangement of cells and cell functions through three-dimensional culture methods.
본 발명의 다른 일 양상은 (a) 분리된 간 조직을 탈세포화하여 탈세포된 간 조직을 제조하는 단계; (b) 상기 탈세포된 간 조직을 건조하여 탈세포 간 조직 유래 세포외기질 (Liver Extracellular Matrix; LEM)을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 건조된 탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 겔화(gelation)하는 단계; 를 포함하는 지지체 조성물 제조방법을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a method for producing a support composition, comprising: (a) a step of decellularizing isolated liver tissue to produce decellularized liver tissue; (b) a step of drying the decellularized liver tissue to produce decellularized liver tissue-derived extracellular matrix (LEM); and (c) a step of gelling the dried decellularized liver tissue-derived extracellular matrix.
상기 (a) 단계는 분리된 간 조직을 탈세포화하여 탈세포된 간 조직을 제조하는 단계이다.The above step (a) is a step of producing decellularized liver tissue by decellularizing the separated liver tissue.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 (a) 단계에서 분리된 간 조직은 탈세포 전에 세절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명은 탈세포 전에 간 조직을 세절하는 단계를 포함하여, 탈세포 공정이 더 효율적이고 완전한 세포 제거가 가능하다. 상기 분리된 간 조직의 세절 방법은 공지의 방법 (기구)과 크기로 이루어질 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the liver tissue separated in step (a) may further include a step of dicing before decellularization. The present invention includes a step of dicing the liver tissue before decellularization, so that the decellularization process is more efficient and complete cell removal is possible. The method of dicing the separated liver tissue can be performed using a known method (apparatus) and size.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 (a) 단계에서 상기 간 조직을 탈세포화 용액에서 교반시키는 것일 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, in step (a), the liver tissue may be stirred in a decellularization solution.
상기 탈세포화 용액은 간 조직에서 세포를 제거하기 위한 다양한 성분을 포함할 수 있고, 예컨대, 고장성 식염수(hypertonic saline), 과산화 아세트산(peracetic acid), 트리톤-X(Triton-X), SDS 또는 기타 세제 성분을 포함할 수 있으나, 본 발명의 일 구체예에서 상기 탈세포화 용액은 0.1 내지 5%의 Triton X-100 및 0.01 내지 0.5% 수산화 암모늄, 더욱 구체적으로는 1% Triton X-100 및 0.1% 수산화 암모늄(ammonium hydroxide)을 포함하는 것일 수 있다. 상기와 같은 탈세포화 용액을 사용함으로써, 기존의 공정에 비하여 완화된 조건에서 탈세포를 진행함으로써 제조된 지지체 내 DNA를 효과적으로 제거함과 동시에 간 조직 내의 다양한 단백질들이 더 많이 보존될 수 있다. The above decellularization solution may contain various components for removing cells from liver tissue, and for example, may contain hypertonic saline, peracetic acid, Triton-X, SDS or other detergent components, but in one specific example of the present invention, the decellularization solution may contain 0.1 to 5% Triton X-100 and 0.01 to 0.5% ammonium hydroxide, more specifically, 1% Triton X-100 and 0.1% ammonium hydroxide. By using the above decellularization solution, decellularization is performed under relaxed conditions compared to the existing process, thereby effectively removing DNA in the manufactured support, and at the same time, various proteins in the liver tissue can be preserved in greater amounts.
상기 교반은 24 내지 72시간, 더욱 구체적으로 36 내지 60시간, 가장 구체적으로는 40 내지 56시간, 일 예시로 48시간 동안 이루어지는 것일 수 있고, 이러한 교반 (탈세포) 과정을 통해 간 조직 세포가 95 내지 99.9%, 더욱 구체적으로 96 내지 98%, 가장 구체적으로는 97.18%가 제거된 것일 수 있다. 상기 범위 외의 시간 또는 간 조직 세포 제거 수준으로 탈세포가 이루어질 경우 제조된 지지체 조성물의 품질이 저하되거나 공정 경제성이 떨어지는 문제점이 있다. The above stirring may be performed for 24 to 72 hours, more specifically 36 to 60 hours, most specifically 40 to 56 hours, or as an example 48 hours, and through this stirring (decellularization) process, 95 to 99.9%, more specifically 96 to 98%, and most specifically 97.18% of liver tissue cells may be removed. If decellularization is performed for a time period outside the above range or at a level of liver tissue cell removal, there may be a problem that the quality of the manufactured support composition deteriorates or the process economy is reduced.
상기 (b) 단계는 상기 탈세포된 간 조직을 건조하여 탈세포 간 조직 유래 세포외기질 (Liver Extracellular Matrix; LEM)을 제조하는 단계이다. The above step (b) is a step of drying the decellularized liver tissue to produce decellularized liver tissue-derived extracellular matrix (LEM).
상기 탈세포된 간 조직을 건조하는 방법은 공지의 방법으로 수행될 수 있으며, 자연건조 또는 동결 건조될 수 있고, 멸균을 위해 건조 후 전자 빔 또는 감마 방사선에 의해 에틸렌 옥사이드 가스 또는 초임계 이산화탄소에 노출시킬 수 있다. The method for drying the above decellularized liver tissue can be performed by a known method, and can be naturally dried or freeze-dried, or can be exposed to ethylene oxide gas or supercritical carbon dioxide by electron beam or gamma radiation after drying for sterilization.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 (b) 단계 이후, 탈세포 간 조직 유래 세포외기질은 0.01 내지 10 mg/mL, 구체적으로 0.5 내지 9mg/mL 더욱 구제척으로 1mg/mL 내지 8mg/mL, 가장 구체적으로는 2, 4, 6 또는 8mg/mL, 최적화된 구체예로는 4 또는 6mg/mL로 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위 외의 농도로 포함될 경우, 본 발명이 목적하는 효과를 얻을 수 없거나, 제조 또는 활용에 있어서 부적합할 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, after step (b), the extracellular matrix derived from the decellularized liver tissue may be contained in an amount of 0.01 to 10 mg/mL, specifically 0.5 to 9 mg/mL, more specifically 1 to 8 mg/mL, most specifically 2, 4, 6 or 8 mg/mL, and as an optimized specific example 4 or 6 mg/mL. If contained in a concentration outside the above range, the intended effect of the present invention may not be obtained, or the composition may be unsuitable for manufacture or use.
상기 건조된 세포외기질은 박리(tearing), 제분(milling), 절단, 분쇄 및 전단 단계를 포함하는 방법에 의해 세분될 수 있다. 상기 세분된 세포외기질은 냉동 상태 또는 냉동 건조 상태에서, 분쇄 또는 제분과 같은 방법에 의해 분말 형상으로 가공될 수 있다.The above dried extracellular matrix can be comminuted by a method including tearing, milling, cutting, crushing and shearing steps. The above comminuted extracellular matrix can be processed into a powder form by a method such as crushing or milling in a frozen or freeze-dried state.
상기 (c) 단계는 상기 건조된 탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 겔화(gelation)하는 단계이다. The above step (c) is a step of gelling the extracellular matrix derived from the dried decellularized interstitial tissue.
상기 겔화를 통해 탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 가교시켜 3차원 하이드로젤 형태의 지지체를 제작할 수 있고, 겔화된 지지체는 실험, 스크리닝 뿐만 아니라 오가노이드 배양과 관련된 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.Through the above gelation, a three-dimensional hydrogel-type scaffold can be produced by cross-linking the extracellular matrix derived from decellularized interstitial tissue, and the gelled scaffold can be utilized in various fields related to organoid culture as well as experiments and screening.
상기 “하이드로젤”은 졸-겔 상변이를 통해 물을 분산매로 하는 액체가 굳어 유동성을 상실하고 다공성 구조를 이루는 물질로서, 3차원 망목 구조와 미결정 구조를 갖는 친수성 고분자가 물을 함유하여 팽창함으로써 형성될 수 있다.The above “hydrogel” is a material in which a liquid using water as a dispersion medium solidifies through a sol-gel phase transition, loses fluidity, and forms a porous structure. It can be formed by a hydrophilic polymer having a three-dimensional network structure and a microcrystalline structure swelling upon containing water.
상기 겔화는 탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 산성 용액에서 펩신 또는 트립신과 같은 단백질 분해 효소로 용액화하고, 10X PBS와 1 M NaOH를 이용하여 중성 pH와 1X PBS 버퍼의 전해질 상태로 맞추고 37℃의 온도에서 30분 동안 이루어지는 것일 수 있다. The above gelation may be accomplished by dissolving the extracellular matrix derived from decellularized interstitial tissue in an acidic solution with a protein-decomposing enzyme such as pepsin or trypsin, adjusting the pH to neutral and the electrolyte state of 1X PBS buffer using 10X PBS and 1 M NaOH, and incubating at a temperature of 37°C for 30 minutes.
본 발명의 다른 일 양상은 상기 지지체 조성물 또는 상기 제조방법에 의해 제조된 지지체 조성물에서 간 오가노이드를 배양하는 방법을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a method for culturing liver organoids in the support composition or the support composition manufactured by the manufacturing method.
기존의 매트리젤 기반 배양 시스템은 동물 암조직 유래의 추출물로서 배치 간의 차이가 크고 실제 간의 환경을 모사해주지 못하고, 간 오가노이드로 분화, 발달되는 효율이 미흡한 반면, 상기 지지체 조성물은 간 조직 유사 환경을 조성할 수 있으므로 간 오가노이드 배양에 있어서 적합하다.The existing Matrigel-based culture system has a large difference between batches as it is an extract derived from animal cancer tissue, fails to simulate the actual liver environment, and has insufficient efficiency in differentiation and development into liver organoids. On the other hand, the support composition can create an environment similar to liver tissue, and is therefore suitable for liver organoid culture.
상기 배양은 적합한 조건에서 세포를 유지 및 성장시키는 과정을 의미하며, 적합한 조건은 예컨대, 세포가 유지되는 온도, 영양소 가용성, 대기 CO2 함량 및 세포 밀도를 의미할 수 있다.The above culturing refers to the process of maintaining and growing cells under suitable conditions, and suitable conditions may refer to, for example, the temperature at which cells are maintained, nutrient availability, atmospheric CO2 content, and cell density.
서로 다른 유형의 세포를 유지, 증식, 확대 및 분화시키기 위한 적절한 배양 조건은 당해 기술분야에 공지되어 있고, 문서화 되어있다. 상기 오가노이드 형성에 적합한 조건은 세포 분화 및 다세포 구조의 형성을 용이하게 하거나 허용하는 조건일 수 있다.Suitable culture conditions for maintaining, propagating, expanding and differentiating different types of cells are known and documented in the art. Conditions suitable for organoid formation may be those that facilitate or permit cell differentiation and the formation of multicellular structures.
본 발명에서 개발된 탈세포 간 조직 유래 인공 지지체는 기존의 대표적인 오가노이드 배양용 지지체인 매트리젤이 가지고 있는 한계를 극복한 새로운 간 오가노이드 배양 지지체로서 개발되어, 간 오가노이드 기반의 대규모 신약 스크리닝 플랫폼이나 조직 재생을 위한 세포 치료제 등 다양한 전임상, 임상 연구의 요소 기술로 활용되어 산업적, 경제적 측면에서 고부가가치를 창출하고 의료 신산업의 발전을 도모할 수 있을 것으로 기대된다. The decellularized liver tissue-derived artificial scaffold developed in the present invention is a novel liver organoid culture scaffold that overcomes the limitations of Matrigel, a representative existing organoid culture scaffold. It is expected that it will be utilized as an element technology for various preclinical and clinical studies, such as a large-scale new drug screening platform based on liver organoids or cell therapy for tissue regeneration, and that it will create high added value in industrial and economic aspects and promote the development of new medical industries.
본 발명에서 개발한 탈세포 간 조직 유래 지지체를 이용하면 기존 배양 방식과 비교하여 고도화된 간 오가노이드를 제작할 수 있으므로 기존의 약물 테스트를 위한 체외 모델을 뛰어넘는 경제적이면서도 더욱 정확한 플랫폼으로 활용될 수 있다. 신약 개발 및 약물 평가에 있어 간 독성은 필수적으로 분석해야 하는 중요한 지표이므로 고도화된 간 오가노이드 기반의 체외 모델 플랫폼은 신약 개발 성공율을 크게 높이고 비용 및 소요 시간을 크게 줄여 의료 산업 발전에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.The decellularized liver tissue-derived scaffold developed in the present invention can be used to produce advanced liver organoids compared to existing culture methods, and thus can be utilized as an economical and more accurate platform that surpasses existing in vitro models for drug testing. Since liver toxicity is an essential indicator that must be analyzed in new drug development and drug evaluation, it is expected that the advanced liver organoid-based in vitro model platform will greatly increase the success rate of new drug development and greatly reduce the cost and time required, thereby greatly contributing to the development of the medical industry.
탈세포 간 조직 유래 인공 매트릭스 지지체는 다양한 난치성 간 질환 (간경화, 간 섬유증, 비알콜성 간염 등)을 체외에서 구현하고 그 기전을 밝히는 질병 모델링 연구 및 이식 치료 플랫폼 구축 등 다양한 분야에서 광범위하게 이용 가능할 것으로 기대된다. 이러한 난치성 간 질환은 최근 유병률이 크게 증가하여 많은 연구가 필요한 상황이므로 연구용 시약으로서도 수익 창출이 가능하다.The artificial matrix scaffold derived from decellularized liver tissue is expected to be widely used in various fields such as disease modeling research to implement various intractable liver diseases (cirrhosis, liver fibrosis, non-alcoholic hepatitis, etc.) in vitro and to elucidate their mechanisms, and construction of transplantation treatment platforms. Since the prevalence of these intractable liver diseases has recently increased significantly and requires much research, it is also possible to generate revenue as a research reagent.
본 발명에서 개발된 인공 지지체는 조직 줄기세포 유래 간 오가노이드 뿐 아니라 간암 오가노이드 배양에도 적용이 가능하므로 난치성 질환 및 암 환자 맞춤형 질환 모델 구축에 기여하여 정밀의학 플랫폼 기술로서도 활용될 수 있으며 최근 급증하는 정밀의학 시장의 규모를 고려하면 막대한 부가가치 창출이 가능할 것으로 기대된다.The artificial support developed in the present invention can be applied not only to the culture of tissue stem cell-derived liver organoids but also to the culture of liver cancer organoids, and thus can be utilized as a precision medicine platform technology by contributing to the establishment of disease models tailored to patients with intractable diseases and cancer. Considering the size of the precision medicine market, which has been rapidly growing recently, it is expected that enormous added value can be created.
종합적으로 위에서 기술했듯이 간 오가노이드의 응용을 위해서는 기본적으로 매트리젤 이라는 배양용 지지체가 필수적으로 요구된다. 매트리젤과 비교하여 본 발명에서 개발된 인공 지지체는 배양 시스템으로서 매트리젤 이상의 기능성을 보여주며 보다 안전하고 비용적인 측면에서도 매우 유리한 장점을 가지고 있음이 검증된다. 따라서 이러한 매트리젤 대체 효과만으로도 막대한 경제적 수익 창출이 예측된다.As described above, for the application of liver organoids, a culture support called Matrigel is basically essential. Compared to Matrigel, the artificial support developed in the present invention shows functionality superior to Matrigel as a culture system and is verified to have a very advantageous advantage in terms of safety and cost. Therefore, it is predicted that this Matrigel replacement effect alone will generate enormous economic profits.
도 1은 간 오가노이드 배양을 위한 탈세포 간 조직 유래 지지체 (Liver Extracellular Matrix; LEM) 제작을 나타낸 것이다.
도 2는 간 오가노이드 배양을 위한 탈세포 간 조직 유래 지지체 (LEM)를 분석한 것이다.
도 3은 탈세포 간 조직 유래 지지체(LEM)의 농도에 따른 물성을 분석한 것이다.
도 4 및 5는 탈세포 간 조직 유래 지지체(LEM)의 단백체를 분석한 것이다.
도 6은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 농도에 따른 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드 - Cholangiocyte-derived liver organoid; CLO) 배양 및 농도 선정을 나타낸 것이다.
도 7은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 LEM 농도에 따른 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드, CLO) 분화능 차이를 분석한 것이다.
도 8은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드, CLO)를 분석한 것이다.
도 9는 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드, CLO) 기능성을 분석한 것이다.
도 10은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드, CLO) 장기 배양을 나타낸 것이다.
도 11 내지 13은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 인간 간 오가노이드(인간 담관세포 유래 간 오가노이드 - hCLO)를 배양 및 분석한 것이다.
도 14는 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 농도 별 간 오가노이드(간세포 유래 간 오가노이드 - Hepatocyte-derived liver organoid; HLO) 배양 및 최적 농도를 선정한 것이다.
도 15는 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체(LEM)와 기존의 배양 지지체(MAT)에서 형성된 간 오가노이드(HLO)의 성장을 비교한 것이다.
도 16은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체(LEM)에서 배양된 간세포 유래 간 오가노이드(HLO)를 분석한 것이다.
도 17은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 인간 유도만능줄기세포(Human-induced Pluripotent Stem Cell; hiPSC) 유래 간 오가노이드 배양을 나타낸 것이다.
도 18은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 인간 유도만능줄기세포 유래 간 오가노이드(hiPSC-LO)를 분석한 것이다.
도 19는 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체(LEM)에서 배양된 간 오가노이드(CLO)를 이용한 간 섬유증 모델을 제작한 것이다.
도 20은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 간 오가노이드(hCLO)를 이용한 간 섬유증 모델을 제작한 것이다.
도 21는 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 간 오가노이드 생체 내 이식을 나타낸 것이다.
도 22 및 23은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤의 장기보관 가능성을 검증한 것이다.
도 24는 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 간암 오가노이드 배양한 결과이다.
도 25 및 26은 간 조직 탈세포 프로토콜 비교를 통한 본 발명의 탈세포 간 조직 유래 지지체의 우수성 검증 결과이다.
도 27은 간 조직 탈세포 프로토콜 비교를 통한 본 발명의 탈세포 간 조직 유래 지지체의 우수성 검증 결과 (오가노이드 배양 실험)이다.
도 28은 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 종간 비교 분석한 결과이다 (돼지 vs. 인간).
도 29는 인간 및 돼지 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 인간 간 오가노이드(인간 담관세포 유래 간 오가노이드 - hCLO) 비교 결과이다. Figure 1 illustrates the production of a decellularized liver tissue-derived scaffold (Liver Extracellular Matrix; LEM) for liver organoid culture.
Figure 2 shows the analysis of decellularized liver tissue-derived scaffolds (LEMs) for liver organoid culture.
Figure 3 shows the analysis of the physical properties of the decellularized interstitial tissue-derived scaffold (LEM) according to its concentration.
Figures 4 and 5 show proteomic analyses of decellularized liver tissue-derived scaffolds (LEM).
Figure 6 shows the culture and concentration selection of liver organoids (Cholangiocyte-derived liver organoids; CLO) according to the concentration of the hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue.
Figure 7 shows an analysis of the difference in differentiation potential of liver organoids (biliary duct cell-derived liver organoids, CLO) according to the LEM concentration of the decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold.
Figure 8 shows the analysis of liver organoids (cholangiocyte-derived liver organoids, CLO) cultured on a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue.
Figure 9 shows an analysis of the functionality of liver organoids (cholangiocyte-derived liver organoids, CLO) cultured on a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue.
Figure 10 shows long-term culture of liver organoids (biliary duct-derived liver organoids, CLO) using a hydrogel support derived from decellularized liver tissue.
Figures 11 to 13 show the culture and analysis of human liver organoids (human cholangiocyte-derived liver organoids - hCLO) using a hydrogel support derived from decellularized liver tissue.
Figure 14 shows the culture of liver organoids (hepatocyte-derived liver organoids; HLO) at different concentrations of decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffolds and selection of the optimal concentration.
Figure 15 compares the growth of liver organoids (HLO) formed on a decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold (LEM) and a conventional culture scaffold (MAT).
Figure 16 shows the analysis of hepatocyte-derived liver organoids (HLOs) cultured in a decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold (LEM).
Figure 17 shows the culture of human-induced pluripotent stem cells (hiPSC)-derived liver organoids using a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue.
Figure 18 shows the analysis of human induced pluripotent stem cell-derived liver organoids (hiPSC-LO) cultured on a decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold.
Figure 19 shows a liver fibrosis model created using liver organoids (CLO) cultured on a decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold (LEM).
Figure 20 shows a liver fibrosis model created using liver organoids (hCLO) cultured on a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue.
Figure 21 shows the in vivo transplantation of liver organoids using a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue.
Figures 22 and 23 verify the long-term storage potential of decellularized liver tissue-derived hydrogels.
Figure 24 shows the results of culturing liver cancer organoids using a hydrogel support derived from decellularized liver tissue.
Figures 25 and 26 show the results of verifying the superiority of the decellularized liver tissue-derived scaffold of the present invention through comparison of liver tissue decellularization protocols.
Figure 27 shows the results of verifying the superiority of the decellularized liver tissue-derived scaffold of the present invention through comparison of liver tissue decellularization protocols (organoid culture experiment).
Figure 28 shows the results of an interspecies comparative analysis of decellularized interstitial tissue-derived hydrogel scaffolds (pig vs. human).
Figure 29 shows the comparative results of human liver organoids (human cholangiocyte-derived liver organoids - hCLO) cultured on hydrogel supports derived from human and porcine decellularized liver tissue.
본 발명에서는 간 조직을 탈세포화 하여 세포 성분은 모두 제거하고 간 특이적 세포외기질 성분은 보존된 탈세포 간 조직을 제작하고 이를 기반으로 하는 삼차원 하이드로젤을 간 오가노이드 배양에 적용하였다.In the present invention, liver tissue was decellularized to remove all cellular components and decellularized liver tissue with liver-specific extracellular matrix components preserved was produced, and a three-dimensional hydrogel based on this was applied to liver organoid culture.
본 발명에서 개발된 탈세포 간 조직 유래 지지체는 세포항원이 제거된 순수 세포외기질 성분으로만 구성되어 있기 때문에 이식 시 조직의 염증 반응 및 면역 거부 반응을 야기하지 않고 생체적합성이 매우 우수하다. 제작이 용이하고 제조 단가가 낮아 매트리젤과 비교했을 때 경제성이 높고 안전한 배양 및 이식 소재로 적용될 수 있다. The decellularized interstitial tissue-derived scaffold developed in the present invention is composed only of pure extracellular matrix components from which cell antigens have been removed, so it does not cause inflammatory responses or immune rejection responses in the tissue upon transplantation and has excellent biocompatibility. It is easy to manufacture and has a low manufacturing cost, so it is economical compared to Matrigel and can be applied as a safe culture and transplant material.
실제로 단백질체 분석을 통해 탈세포 간 조직 유래 지지체는 간 조직 특이적인 다양한 세포외기질 및 인자들을 함유하고 있는 것을 확인하였다. 제작된 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체 안에서 줄기세포 유래 간 오가노이드가 발생하고 성장할 수 있음을 확인하였고 탈세포 간 조직 지지체의 다양한 농도를 시험하여 간 오가노이드 배양에 최적화된 하이드로젤 농도 조건을 선별하였다.In fact, proteomic analysis confirmed that the decellularized liver tissue-derived scaffold contained various extracellular matrices and factors specific to liver tissue. It was confirmed that stem cell-derived liver organoids could be generated and grown within the fabricated decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold, and various concentrations of the decellularized liver tissue scaffold were tested to select the hydrogel concentration conditions optimized for liver organoid culture.
개발된 탈세포 간 조직 유래 지지체에서 배양된 간 오가노이드를 대조군인 매트리젤에서 배양된 오가노이드와 비교하였을 때 분화 능력 및 간 기능성(알부민 분비, 시토크롬 활성, 요소 합성 등)이 비슷하게 유지되거나 향상된 것을 확인하였다. 이를 통해 탈세포 간 조직 유래 지지체가 간 오가노이드 배양을 위해 기존 매트리젤을 대체할 수 있음이 검증되었다.When liver organoids cultured on the developed decellularized liver tissue-derived scaffold were compared with organoids cultured on the control Matrigel, it was confirmed that differentiation ability and liver functionality (albumin secretion, cytochrome activity, urea synthesis, etc.) were similarly maintained or improved. This verified that the decellularized liver tissue-derived scaffold can replace the existing Matrigel for liver organoid culture.
이러한 일련의 결과를 통해 본 발명에서 개발된 지지체에서 배양된 간 오가노이드가 기존의 매트릭스(매트리젤)에서 배양된 오가노이드 보다 간 조직의 구성 및 기능을 실제와 유사하게 더욱 잘 구현할 수 있음을 확인하였다.Through these series of results, it was confirmed that liver organoids cultured on the support developed in the present invention can better embody the structure and function of liver tissue similar to reality than organoids cultured on a conventional matrix (Matrigel).
본 발명에서 마우스 모델에서 간 손상을 유발하고 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용하여 간 오가노이드를 이식하였을 때 손상된 부위에 오가노이드가 생착이 되어 효율적인 이식이 가능함을 확인하였고 간 오가노이드의 이식용 제재로서의 활용 가능성까지 확인하였다.In the present invention, when liver damage was induced in a mouse model and liver organoids were transplanted using a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue, it was confirmed that the organoids were able to engraft in the damaged area, enabling efficient transplantation. In addition, the possibility of utilizing liver organoids as a transplant material was confirmed.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help understand the present invention. However, the following examples are provided only to help understand the present invention more easily, and the content of the present invention is not limited by the following examples.
실시예 1: 탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 포함한 지지체 조성물의 제조Example 1: Preparation of a support composition comprising extracellular matrix derived from decellularized liver tissue
탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 포함한 지지체 조성물을 다음과 같이 제조하였다 (도 1 (A) 참고).A support composition including extracellular matrix derived from decellularized interstitial tissue was prepared as follows (see Fig. 1 (A)).
실시예 1-1. 탈세포 간 조직 유래 세포외기질 (Liver Extracellular Matrix; LEM)의 제조 Example 1-1. Preparation of extracellular matrix (LEM) derived from decellularized liver tissue
돼지 간 조직 분리하고 세절하여 준비하였고, 상기 간 조직을 1% Triton X-100 및 0.1% 수산화 암모늄(ammonium hydroxide)과 함께 교반하여 간 조직의 세포만을 제거하여 탈세포 간 조직을 제조하였다. Porcine liver tissue was isolated and prepared by dicing, and the liver tissue was stirred with 1% Triton X-100 and 0.1% ammonium hydroxide to remove only the cells of the liver tissue, thereby preparing decellularized liver tissue.
이후, 탈세포 간 조직을 동결건조, 분쇄하여 탈세포 간 조직 유래 세포외기질 (Liver Extracellular Matrix; LEM)을 제조하였다. Afterwards, the decellularized liver tissue was freeze-dried and pulverized to produce decellularized liver tissue-derived extracellular matrix (LEM).
실시예 1-2. 지지체 조성물의 제조Example 1-2. Preparation of support composition
상기 탈세포 간 조직 유래 세포외기질 10 mg을 4 mg/ml 펩신 용액 (펩신 파우더 4 mg를 0.02 M HCl 1 ml에 녹인 용액)에 48시간 동안 용해시킨다. 10X PBS와 1 M NaOH를 이용하여 중성 pH와 1X PBS 버퍼의 전해질 상태로 균일하게 섞은 후 37℃의 온도에서 30분 동안 겔화(gelation)시켜 하이드로젤 형태의 지지체 조성물을 제조하였다 (도 1 (B)). 10 mg of the above decellularized liver tissue-derived extracellular matrix was dissolved in a 4 mg/ml pepsin solution (a solution in which 4 mg of pepsin powder was dissolved in 1 ml of 0.02 M HCl) for 48 hours. After uniformly mixing with 10X PBS and 1 M NaOH to a neutral pH and electrolyte state of 1X PBS buffer, the mixture was gelled at 37°C for 30 minutes to produce a hydrogel-type support composition (Fig. 1 (B)).
실험예 1: 탈세포 간 조직 유래 세포외기질 (LEM)의 분석Experimental Example 1: Analysis of extracellular matrix (LEM) derived from decellularized liver tissue
실시예 1-1.의 탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 아래와 같이 분석하였다. The extracellular matrix derived from the decellularized liver tissue of Example 1-1 was analyzed as follows.
실험예 1-1. 탈세포 간 조직 유래 세포외기질의 특성분석Experimental Example 1-1. Characteristics of extracellular matrix derived from decellularized liver tissue
실시예 1-1.의 탈세포 간 조직 유래 세포외기질의 특성을 분석하였다.The characteristics of the extracellular matrix derived from the decellularized liver tissue of Example 1-1 were analyzed.
구체적으로, 탈세포 간 조직 지지체와 탈세포 과정을 거치지 않은 간 조직으로부터 DNA를 추출하여 정량비교를 진행하고, 지지체 내의 GAG 함량은 콘드로이틴 설페이트(chondroitin sulfate)와 디메틸 메틸렌블루(dimethylmethylene blue)의 염료결합분석방법을 이용하여 측정하였다 (도 2 (A)).Specifically, DNA was extracted from decellularized liver tissue scaffolds and non-decellularized liver tissues, and quantitative comparisons were performed, and the GAG content in the scaffolds was measured using a dye-binding analysis method of chondroitin sulfate and dimethylmethylene blue (Fig. 2 (A)).
H&E 염색의 경우, 탈세포 간 조직 지지체와 탈세포 과정을 거치지 않은 조직을 얇게 절단하여 헤마톡실린(hematoxylin)에 의해 세포핵을 염색하고 에오신(eosin)을 통해 세포질을 염색하여 탈세포 과정을 거친 간 조직 지지체 내의 세포핵 제거정도를 분석하였다 (도 2 (B)).For H&E staining, the decellularized liver tissue scaffold and the tissue that had not undergone the decellularization process were thinly sectioned, and the cell nuclei were stained with hematoxylin and the cytoplasm was stained with eosin to analyze the degree of cell nuclei removal in the decellularized liver tissue scaffold (Fig. 2 (B)).
탈세포 간 조직 지지체를 농도별로 제작하고, 전자빔을 주사하여 상을 형성하는 주사전자현미경을 통해 하이드로젤 내부 구조를 분석하였다 (도 2(C)).The decellularized interstitial tissue scaffolds were fabricated at various concentrations, and the internal structure of the hydrogels was analyzed using a scanning electron microscope that forms an image by scanning an electron beam (Fig. 2(C)).
탈세포 간 조직 지지체의 탈세포 과정 전후 DNA 정량 비교를 통해 탈세포 과정에 의해 세포성분이 대부분 제거됨을 확인하였다. 대표적인 세포외기질 성분 중 하나인 Glycosaminoglycan (GAG)에 대한 정량 분석을 통해 탈세포 간 조직 내에 GAG가 잘 보존되어 남아있는 것을 확인하였다 (도 2 (A)).Through quantitative comparison of DNA before and after the decellularization process of the decellularized interstitial tissue scaffold, it was confirmed that most cellular components were removed by the decellularization process. Through quantitative analysis of Glycosaminoglycan (GAG), one of the representative extracellular matrix components, it was confirmed that GAG was well preserved and remained in the decellularized interstitial tissue (Fig. 2 (A)).
H&E 염색을 실시하여 제작한 탈세포 간 조직 매트릭스의 구조는 잘 유지되고 세포 성분은 모두 제거되었음을 확인하였다 (도 2 (B)). The structure of the decellularized interstitial tissue matrix produced by H&E staining was confirmed to be well maintained and all cellular components were removed (Fig. 2 (B)).
주사전자현미경(Scanning electron microscopy; SEM)을 이용한 분석을 통해 농도별로 제작한 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체가 나노섬유 다발 형태의 내부 구조를 가지고 있음을 확인하였으며 (도 2 (C)) 따라서 간 오가노이드의 배양에 적합한 삼차원 미세환경을 제공해 줄 수 있음을 확인하였다. Analysis using scanning electron microscopy (SEM) confirmed that the decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffolds produced at various concentrations had an internal structure in the form of nanofiber bundles (Fig. 2 (C)), and thus could provide a three-dimensional microenvironment suitable for the culture of liver organoids.
실험예 1-2. 탈세포 간 조직 세포외기질의 농도별 물성 분석Experimental Example 1-2. Analysis of physical properties of extracellular matrix of decellularized liver tissue by concentration
탈세포 간 조직 유래 지지체의 농도별 물성 차이를 알아보기 위해 4가지 농도조건 (2, 4, 6, 8 mg/ml)에서 하이드로젤 형성을 유도한 후 유변학 분석을 통해 기계적 물성을 측정하였다. To investigate the difference in properties of the decellularized tissue-derived scaffold depending on the concentration, hydrogel formation was induced under four concentration conditions (2, 4, 6, and 8 mg/ml), and then the mechanical properties were measured through rheological analysis.
그 결과, 도 3에서 확인되는 바와 같이, LEM 지지체 모든 농도 조건에서 storage modulus (G') 값이 loss modulus (G'') 값 보다 일관되게 높음을 확인함으로써 하이드로젤 내 가교를 통해 안정적인 고분자 네트워크가 형성됨을 확인하였다. LEM 농도가 증가할수록 물성도 커지는 것을 확인하였고 대조군 매트리젤(MAT) 그룹에 비해서는 전체적으로 물성이 낮은 것을 확인하였다. 고농도 (8 mg/ml) LEM 하이드로젤은 매트리젤과 유사한 물성 수치를 가졌다. As a result, as confirmed in Fig. 3, the storage modulus (G') value was consistently higher than the loss modulus (G'') value under all concentration conditions of the LEM support, confirming that a stable polymer network was formed through cross-linking within the hydrogel. It was confirmed that the physical properties also increased as the LEM concentration increased, and the physical properties were confirmed to be lower overall compared to the control Matrigel (MAT) group. High-concentration (8 mg/ml) LEM hydrogel had similar physical property values to Matrigel.
실험예 1-3. 탈세포 간 조직 유래 세포외기질의 단백체 분석Experimental Example 1-3. Proteomic Analysis of Extracellular Matrix Derived from Decellularized Liver Tissue
탈세포 간 조직 유래 지지체의 구성성분들을 파악하기 위해 질량분석기를 이용한 단백체 분석(Proteomics)을 실시하여 간 조직 특이적인 다양한 세포외기질 (Collagens, ECM Glycoproteins, Proteoglycans) 및 성장인자 단백질들이 LEM에 포함되어 있는 것을 확인하였다.Proteomics using mass spectrometry was performed to identify the components of the scaffold derived from decellularized liver tissue, and it was confirmed that various liver tissue-specific extracellular matrix (collagens, ECM glycoproteins, proteoglycans) and growth factor proteins are contained in LEM.
그 결과 도 4에서 확인되는 바와 같이, 기존 상용화된 지지체인 매트리젤(MAT)은 ECM Glycoproteins이 대부분인 반면, 탈세포 간 조직 매트릭스(LEM)는 Collagens과 ECM Glycoproteins이 가장 많고 Proteoglycans와 ECM regulators 순으로 다양한 성분으로 구성되어 있음을 확인하였다. Top 10 세포외기질 (ECM) 단백질들 중 LEM에 특이적으로 존재하는 Biglycan (BGN), Lumican (LUM), Asporin (ASPN)은 간 조직 발달 시 ECM remodeling에 관여하는 주요 단백질이며 PRELP는 정상적인 간세포 구조를 유지하는데 중요한 역할을 하는 단백질로 알려져 있다. 이를 통해 제작된 탈세포 간 조직 유래 세포외기질(LEM) 지지체가 매트리젤에 비해 간 구조, 발달, 기능에 있어 중요한 역할을 담당하는 실제 간 조직에 존재하는 다양한 세포외기질 단백질들을 포함하고 있음을 확인하였다.As a result, as confirmed in Fig. 4, the existing commercialized support, Matrigel, is mostly composed of ECM Glycoproteins, whereas the decellularized liver tissue matrix (LEM) is composed of various components, with Collagens and ECM Glycoproteins being the most abundant, followed by Proteoglycans and ECM regulators. Among the top 10 extracellular matrix (ECM) proteins, Biglycan (BGN), Lumican (LUM), and Asporin (ASPN), which exist specifically in LEM, are major proteins involved in ECM remodeling during liver tissue development, and PRELP is known to play an important role in maintaining normal hepatocyte structure. Through this, it was confirmed that the fabricated decellularized liver tissue-derived extracellular matrix (LEM) support contains various extracellular matrix proteins present in actual liver tissue that play an important role in liver structure, development, and function, compared to Matrigel.
또한, 도 5에서 확인되는 바와 같이, 매트리젤(MAT)과 탈세포 간 조직 유래 지지체(LEM)에서 간 조직에서 많이 발현된다고 알려진 단백질들을 검출하여 비교해 보았을 때, 매트리젤보다 LEM에서 간 조직과 관련된 matrisome 및 non-matrisome 단백질들이 훨씬 더 많이 검출되었다 (도 5 (a)). In addition, as confirmed in Fig. 5, when proteins known to be highly expressed in liver tissue were detected and compared in MAT and LEM, matrisome and non-matrisome proteins related to liver tissue were detected in much greater amounts in LEM than in MAT (Fig. 5 (a)).
각 매트릭스에 포함된 세포외기질(ECM)을 제외한 단백질 성분들의 기능을 알아보기 위해 유전자 온톨로지(Gene Ontology) 분석을 진행했을 때, 매트리젤에 포함된 non-matrisome 성분들은 peptide나 amide의 생합성 및 대사와 관련된 기능을 주로 담당하는 것에 비해 본 발명에서 제작된 LEM 지지체에 포함된 non-matrisome 성분들은 저분자, 각종 유기산 및 세포대사와 관련된 역할에 주로 관여하는 것을 확인하였다 (도 5 (b)). When Gene Ontology analysis was performed to determine the functions of protein components excluding the extracellular matrix (ECM) included in each matrix, it was confirmed that the non-matrisome components included in the Matrigel were mainly responsible for functions related to the biosynthesis and metabolism of peptides or amides, whereas the non-matrisome components included in the LEM support produced in the present invention were mainly involved in roles related to small molecules, various organic acids, and cell metabolism (Fig. 5 (b)).
즉, LEM 지지체에 포함된 ECM 이외 non-matrisome 단백질 성분들은 간세포의 중요한 기능인 유기산대사 및 각종 세포대사 능력이 증진된 기능성 높은 간 오가노이드 형성에 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.That is, it is thought that non-matrisome protein components other than ECM contained in the LEM scaffold will play an important role in the formation of highly functional liver organoids with enhanced organic acid metabolism and various cell metabolic capabilities, which are important functions of hepatocytes.
실험예 2: 탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 포함한 지지체 조성물의 분석Experimental Example 2: Analysis of a Support Composition Containing Extracellular Matrix Derived from Decellularized Liver Tissue
실험예 2-1. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 농도에 따른 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드 - Cholangiocyte-derived liver organoid; CLO) 배양 및 농도 선정Experimental Example 2-1. Culturing and concentration selection of liver organoids (Cholangiocyte-derived liver organoids; CLO) according to the concentration of hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue
탈세포 간 조직 유래 LEM 농도별로 하이드로젤을 제작하여 간 오가노이드(CLO)를 배양하고 형성 효율을 비교하여 오가노이드 배양에 적절한 농도 조건을 선별하였다. 상용화된 배양 지지체인 매트리젤은 대조군으로 이용하였다. 간 오가노이드는 쥐의 간 조직에서 추출한 담관세포를 이용하여 제작하였다. Hydrogels were prepared by different concentrations of LEM derived from decellularized liver tissue, and liver organoids (CLO) were cultured and the formation efficiency was compared to select the appropriate concentration conditions for organoid culture. Matrigel, a commercialized culture support, was used as a control. Liver organoids were prepared using cholangiocytes extracted from rat liver tissue.
도 6에 나타난 바와 같이, 간 오가노이드 배양을 위해 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤을 다양한 LEM 농도 조건에서 적용했을 때 모든 농도 조건(2, 4, 6, 8 mg/ml)에서 대조군인 매트리젤(MAT)에서와 유사한 형태의 간 오가노이드가 잘 형성되는 것을 확인하였다 (도 6 (A)). 배양 7일차에 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체의 농도에 따른 간 오가노이드 형성 효율을 비교했을 때 4 mg/ml 및 6 mg/ml 조건에서 가장 형성 효율이 높음을 확인하였다 (도 6 (B)).As shown in Fig. 6, when the decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel was applied under various LEM concentration conditions for liver organoid culture, it was confirmed that liver organoids with a morphology similar to that of the control group, MATRIGEL, were well formed in all concentration conditions (2, 4, 6, and 8 mg/ml) (Fig. 6 (A)). When the liver organoid formation efficiency according to the concentration of the decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel scaffold on the 7th day of culture was compared, it was confirmed that the formation efficiency was the highest in the 4 mg/ml and 6 mg/ml conditions (Fig. 6 (B)).
실험예 2-2. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 LEM 농도에 따른 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드, CLO) 분화능 차이 분석 Experimental Example 2-2. Analysis of the difference in differentiation potential of liver organoids (biliary tract-derived liver organoids, CLO) according to LEM concentration of hydrogel scaffolds derived from decellularized liver tissue
탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체를 농도별로 제작하여 마우스 간 오가노이드 배양에 적용하고, 각 농도 조건에서 7일간 배양된 오가노이드의 분화 관련 유전자 발현을 정량적 PCR (qPCR) 방법으로 비교 분석하였다. 상용화된 배양 지지체인 매트리젤(MAT)을 대조군으로 이용하였다. Decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel supports were prepared at various concentrations and applied to mouse liver organoid culture. The differentiation-related gene expression of organoids cultured for 7 days under each concentration condition was compared and analyzed using quantitative PCR (qPCR) method. A commercialized culture support, MATRIGEL, was used as a control.
도 7에 나타난 바와 같이, LEM 농도 조건 별로 유전자 발현을 비교하였을 때, 줄기세포능(stemness)과 관련된 유전자(LGR5)는 LEM 하이드로젤에서 배양된 간 오가노이드에서 약간씩 감소하지만 간 분화 관련 마커(Krt19, Krt18, Hnf4a, Hnf1b, Foxa3)들은 발현이 증가하는 경향을 보였다. LEM 농도 조건 중에서 6 mg/ml 농도의 LEM 하이드로젤이 매트리젤과 간 오가노이드 형성 효율이 크게 차이가 나지 않고, 간 분화 마커의 발현은 더 증가하는 것을 고려하여 LEM 하이드로젤 농도는 6 mg/ml LEM 조건으로 결정하여 이후에 간 오가노이드 실험에 적용하였다. As shown in Fig. 7, when gene expression was compared by LEM concentration condition, the stemness-related gene (LGR5) slightly decreased in liver organoids cultured in LEM hydrogel, but liver differentiation-related markers (Krt19, Krt18, Hnf4a, Hnf1b, Foxa3) showed a tendency to increase in expression. Considering that the liver organoid formation efficiency of 6 mg/ml LEM hydrogel among the LEM concentration conditions was not significantly different from that of Matrigel and the expression of liver differentiation markers increased further, the LEM hydrogel concentration was determined as 6 mg/ml LEM and applied to the subsequent liver organoid experiment.
실험예 2-3. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드, CLO) 분석Experimental Example 2-3. Analysis of liver organoids (cholangiocyte-derived liver organoids, CLO) cultured on a hydrogel support derived from decellularized liver tissue
오가노이드 배양에 가장 널리 이용되는 매트리젤과 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 (6 mg/ml) 지지체에서 배양된 간 오가노이드의 면역염색을 진행하였다. 간 오가노이드는 쥐의 간 조직에서 추출한 담관세포를 이용하여 제작하였고 배양 7일차에 면역염색을 통해 비교하였다. Immunostaining of liver organoids cultured on Matrigel, the most widely used organoid culture, and LEM hydrogel (6 mg/ml) derived from decellularized liver tissue were performed. Liver organoids were produced using cholangiocytes extracted from rat liver tissue, and compared through immunostaining on day 7 of culture.
도 8에 나타난 바와 같이, 간 특이적 마커에 대한 면역염색을 통해 대조군 매트리젤(Matrigel)에서 배양된 간 오가노이드와 비교하여 보았을 때, 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체에서 배양된 CLO 타입 간 오가노이드에서도 매트리젤 그룹과 유사한 수준으로 간 조직 특이적 마커들이 잘 발현되는 것을 확인하였다. * KRT19 (cholangiocyte marker), ECAD (cell-cell junction marker), SOX9 (cholangiocyte progenitor marker), Ki67 (proliferative cell marker), ALB (mature hepatocyte marker)As shown in Fig. 8, when compared with liver organoids cultured in control Matrigel through immunostaining for liver-specific markers, liver tissue-specific markers were well expressed in CLO type liver organoids cultured in LEM hydrogel scaffolds derived from decellularized liver tissue at a level similar to that in the Matrigel group. * KRT19 (cholangiocyte marker), ECAD (cell-cell junction marker), SOX9 (cholangiocyte progenitor marker), Ki67 (proliferative cell marker), ALB (mature hepatocyte marker)
실험예 2-4. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드, CLO) 기능성 분석Experimental Example 2-4. Functional Analysis of Liver Organoids (Choledocholesterol-Derived Liver Organoids, CLO) Cultured on Hydrogel Supports Decellularized Liver Tissue
담관세포 유래 간 오가노이드를 배양하고, 7일차에 간 기능성 평가를 진행하였다. 상용화된 배양 지지체인 매트리젤을 대조군으로 적용하였으며 LEM 하이드로젤은 6 mg/ml 농도로 적용하였다. Liver organoids derived from cholangiocytes were cultured, and liver functionality was evaluated on day 7. Matrigel, a commercialized culture support, was applied as a control group, and LEM hydrogel was applied at a concentration of 6 mg/ml.
도 9에 나타난 바와 같이, Glycogen과 같은 다당류의 저장능력을 분석하는 PAS 염색을 통해 LEM 하이드로젤에서 배양된 간 오가노이드가 대조군(MAT) 그룹과 유사한 수준의 다당류 저장능을 가짐을 알 수 있었다 (도 9 (A)). 다양한 간 기능 분석(알부민 분비, 요소합성능력, 시토크롬 활성)을 진행해 보았을 때, LEM 하이드로젤에서 배양된 CLO 타입 간 오가노이드가 매트리젤에서 배양된 간 오가노이드와 유사한 기능성을 보여주는 것을 확인하였다 (도 9 (B)). As shown in Fig. 9, PAS staining, which analyzes the storage capacity of polysaccharides such as glycogen, showed that liver organoids cultured in LEM hydrogels had a polysaccharide storage capacity similar to that of the control (MAT) group (Fig. 9 (A)). When various liver function analyses (albumin secretion, urea synthesis ability, and cytochrome activity) were performed, it was confirmed that CLO type liver organoids cultured in LEM hydrogels showed similar functionality to liver organoids cultured in MATRIGEL (Fig. 9 (B)).
실험예 2-5. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 간 오가노이드(담관세포 유래 간 오가노이드, CLO) 장기 배양Experimental Example 2-5. Long-term culture of liver organoids (biliary duct cell-derived liver organoids, CLO) using a hydrogel support derived from decellularized liver tissue
앞서 확립한 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체 내에서 마우스 담관세포 유래 간 오가노이드 장기 배양을 시도하고 간 특이적 분화 마커 분석하였다. 매트리젤 그룹은 대조군으로 이용하였다. We attempted to culture mouse cholangiocyte-derived liver organoids long-term within previously established decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel scaffolds and analyzed liver-specific differentiation markers. The Matrigel group was used as a control group.
도 10에 나타난 바와 같이, LEM 하이드로젤 내에서 계대 배양을 지속하면서 1달 동안 배양했을 때 간 오가노이드 형태 이미지를 살펴보면, 매트리젤에서 배양된 간 오가노이드와 모양 및 크기도 유사한 수준으로 배양되는 것을 확인하였다 (도 10(A)). 간 오가노이드를 1달 이상 장기배양 하였을 때에도 매트리젤 기반 오가노이드 보다 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체에서 배양된 간 오가노이드에서 간 분화 마커 발현이 증가하는 것을 확인하였고 장기간 배양할수록 LEM 하이드로젤에서는 오가노이드 분화가 더욱 증진되는 것을 알 수 있었다 (도 10 (B)). As shown in Fig. 10, when examining the morphological image of liver organoids cultured for 1 month while continuing the subculture in LEM hydrogel, it was confirmed that they were cultured at a similar level in shape and size to liver organoids cultured in Matrigel (Fig. 10(A)). Even when liver organoids were cultured long-term for more than 1 month, it was confirmed that the expression of liver differentiation markers increased in liver organoids cultured in LEM hydrogel supports derived from decellularized liver tissue than in Matrigel-based organoids, and it was found that organoid differentiation was further enhanced in LEM hydrogel with longer culture periods (Fig. 10(B)).
실험예 2-6. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 인간 간 오가노이드(인간 담관세포 유래 간 오가노이드 - hCLO) 배양 및 분석Experimental Example 2-6. Culturing and Analysis of Human Liver Organoids (Human Biliary Tissue-Derived Liver Organoids - hCLO) Using Decellularized Liver Tissue-Derived Hydrogel Supports
탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체(6 mg/ml)를 이용하여 인간 간 조직 유래의 간 오가노이드의 배양이 가능한지 확인하였다. 간의 담관세포를 분리하여 인간 담관세포 유래 간 오가노이드를 배양하고 대조군으로 매트리젤을 사용하였다. We investigated whether human liver tissue-derived liver organoids could be cultured using a LEM hydrogel scaffold (6 mg/ml) derived from decellularized liver tissue. Liver cholangiocytes were isolated and human cholangiocyte-derived liver organoids were cultured, and Matrigel was used as a control.
도 11에 나타난 바와 같이, 매트리젤(MAT)과 유사하게 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체에서도 인간 유래 간 오가노이드가 잘 형성되고 50일 이상 장기간 계대 배양이 가능함을 확인하였다 (도 11(A)). 배양 7일차에 정량적 PCR 분석을 통해 간 조직 마커 발현을 분석하였을 때, LEM 하이드로젤에서 배양된 간 오가노이드에서의 줄기세포능(stemness)과 관련된 LGR5 유전자 및 간 분화 관련 마커 유전자(HNF4A, SOX9, FOXA2)의 발현이 매트리젤에서 배양된 오가노이드와 비슷하거나 약간 증가하는 경향을 보였다 (도 11 (B)). As shown in Fig. 11, similar to Matrigel (MAT), human-derived liver organoids were well formed on the decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel support and long-term subculture for more than 50 days was confirmed (Fig. 11(A)). When the expression of liver tissue markers was analyzed using quantitative PCR analysis on the 7th day of culture, the expression of LGR5 gene related to stemness and liver differentiation-related marker genes (HNF4A, SOX9, FOXA2) in liver organoids cultured on LEM hydrogel showed a similar or slightly increased tendency compared to organoids cultured on Matrigel (Fig. 11(B)).
또한, 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체를 농도별로 제작하여 인간 간 오가노이드 배양에 적용하고, 각 농도 조건에서 14일간 배양된 오가노이드의 분화 관련 유전자 발현을 정량적 PCR (qPCR) 방법으로 비교 분석하였다. 상용화된 배양 지지체인 매트리젤(MAT)을 대조군으로 이용하였다. In addition, LEM hydrogel supports derived from decellularized liver tissue were produced at various concentrations and applied to human liver organoid culture, and the differentiation-related gene expression of organoids cultured for 14 days under each concentration condition was compared and analyzed using quantitative PCR (qPCR) method. MAT, a commercialized culture support, was used as a control.
그 결과, 도 12에서 확인되는 바와 같이 LEM 농도 조건 별로 유전자 발현을 비교하였을 때, 줄기세포능(stemness)과 관련된 유전자(LGR5)와 간 분화 관련 마커(SOX9, HNF4A, KRT19, FOXA2)들 모두 LEM 하이드로젤과 매트리젤 (MAT) 그룹에서 큰 차이없이 비슷한 발현량을 나타내는 것을 확인하였다. LEM 농도 조건 중에서 6 mg/ml 농도의 하이드로젤이 간 오가노이드 형성 효율도 좋고, KRT19와 HNF4A 분화 마커의 발현도 약간 증가하는 것을 고려하여 LEM 하이드로젤 농도는 6 mg/ml LEM 조건으로 결정하여 이후에 간 오가노이드 실험에 적용하였다.As a result, as confirmed in Fig. 12, when gene expression was compared by LEM concentration condition, both stemness-related genes (LGR5) and liver differentiation-related markers (SOX9, HNF4A, KRT19, FOXA2) showed similar expression levels without significant difference in the LEM hydrogel and MAT groups. Considering that the 6 mg/ml hydrogel among the LEM concentration conditions showed good liver organoid formation efficiency and slightly increased the expression of KRT19 and HNF4A differentiation markers, the LEM hydrogel concentration was determined as 6 mg/ml LEM and applied to the subsequent liver organoid experiment.
그리고, 매트리젤(MAT)과 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 (6 mg/ml) 지지체에서 배양된 간 오가노이드의 면역염색을 진행하였다. 간 오가노이드는 인간 간 조직에서 추출한 담관세포를 이용하여 제작하였고 배양 14일차에 면역염색을 통해 비교하였다. Then, immunostaining was performed on liver organoids cultured on MAT and decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel (6 mg/ml) supports. Liver organoids were produced using cholangiocytes extracted from human liver tissue, and compared through immunostaining on the 14th day of culture.
간 특이적 마커에 대한 면역염색을 통해 대조군 매트리젤(MAT)에서 배양된 간 오가노이드와 비교하여 보았을 때, 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체에서 배양된 간 오가노이드에서도 매트리젤 그룹과 유사한 수준으로 간 조직 특이적 마커들이 잘 발현되는 것을 확인하였다 (도 13 (A)).Immunostaining for liver-specific markers revealed that liver organoids cultured on decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel supports expressed liver tissue-specific markers at levels similar to those in the MAT group, compared to liver organoids cultured on the control MAT (Fig. 13 (A)).
간 기능 분석(요소합성능력, 알부민 분비)을 진행해 보았을 때, LEM 하이드로젤에서 배양된 인간 간 오가노이드가 매트리젤에서 배양된 간 오가노이드와 유사하거나 약간 높은 기능성을 보여주는 것을 확인하였다 (도 13 (B)).When liver function analysis (urea synthesis ability, albumin secretion) was performed, it was confirmed that human liver organoids cultured in LEM hydrogel showed similar or slightly higher functionality than liver organoids cultured in Matrigel (Figure 13 (B)).
* KRT19 (cholangiocyte marker), ECAD (cell-cell junction marker), SOX9 (cholangiocyte progenitor marker), Ki67 (proliferative cell marker), F-actin (filamentous actin marker)* KRT19 (cholangiocyte marker), ECAD (cell-cell junction marker), SOX9 (cholangiocyte progenitor marker), Ki67 (proliferative cell marker), F-actin (filamentous actin marker)
실험예 2-7. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 농도 별 간 오가노이드(간세포 유래 간 오가노이드 - Hepatocyte-derived liver organoid; HLO) 배양 및 최적 농도 선정Experimental Example 2-7. Culturing of liver organoids (hepatocyte-derived liver organoids; HLO) at different concentrations of decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffolds and selection of optimal concentration
탈세포 간 지지체의 농도별로 하이드로젤을 제작하여 간 오가노이드를 배양하고 형성 효율, 유전자 발현을 비교 분석하였다. 상용화된 배양 지지체인 매트리젤은 대조군으로 이용하였다. 간 오가노이드는 마우스 간 조직을 관류(perfusion)하여 추출한 순수 간세포(hepatocyte)를 이용하여 제작하였다. Hydrogels were prepared by culturing liver organoids at different concentrations of decellularized liver support, and the formation efficiency and gene expression were compared and analyzed. Matrigel, a commercialized culture support, was used as a control. Liver organoids were prepared using pure hepatocytes extracted by perfusion of mouse liver tissue.
그 결과 도 14에 나타난 바와 같이, 탈세포 LEM 하이드로젤 지지체 내에서 간세포 유래 간 오가노이드를 14일간 배양했을 때 대조군 그룹(MAT)과 유사한 모양의 간 오가노이드가 형성되는 것을 확인하였다 (도 14 (A)). 탈세포 지지체 농도에 따른 간 오가노이드 형성 효율을 배양 7일차에 대조군 그룹(MAT)과 비교하였다 (도 14(B)). 정량적 PCR 분석을 통해 농도별로 제작된 LEM 하이드로젤에서 배양된 오가노이드의 간 조직 마커 발현을 분석하였을 때, 탈세포 LEM 지지체 그룹에서 간 분화 마커(Krt18, Hnf4a, Cdh1)가 더 증가하는 경향을 보이는 것을 확인하였다 (도 14 (C)). 4 mg/ml 농도에서 형성 효율도 안정적이고, 간 분화 마커의 발현량은 증가하는 것으로 보아 적합한 조건으로 판단하고 이후 HLO 배양을 위해서는 4 mg/ml 농도를 적용하였다. As a result, as shown in Fig. 14, when hepatocyte-derived liver organoids were cultured for 14 days in the decellularized LEM hydrogel scaffold, liver organoids with a shape similar to that of the control group (MAT) were formed (Fig. 14 (A)). The liver organoid formation efficiency according to the decellularized scaffold concentration was compared with the control group (MAT) on the 7th day of culture (Fig. 14 (B)). When the expression of liver tissue markers in organoids cultured in LEM hydrogels manufactured at different concentrations was analyzed using quantitative PCR analysis, it was confirmed that the liver differentiation markers (Krt18, Hnf4a, Cdh1) tended to increase more in the decellularized LEM scaffold group (Fig. 14 (C)). Since the formation efficiency was stable and the expression level of the liver differentiation marker increased at a concentration of 4 mg/ml, it was determined to be an appropriate condition and a concentration of 4 mg/ml was applied for subsequent HLO culture.
실험예 2-8. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체(LEM)와 기존의 배양 지지체(MAT)에서 형성된 간 오가노이드(HLO)의 성장 비교Experimental Example 2-8. Comparison of growth of liver organoids (HLO) formed on a decellularized liver tissue-derived hydrogel support (LEM) and a conventional culture support (MAT)
간 오가노이드는 마우스 간 조직을 관류(perfusion)하여 추출한 순수 간세포(hepatocyte)를 이용하여 제작하였고, 탈세포 LEM 지지체 (4 mg/ml)와 상용화된 배양 지지체인 매트리젤에 배양하여 오가노이드의 성장속도를 비교하였다. Liver organoids were produced using pure hepatocytes extracted by perfusion of mouse liver tissue, and the growth rates of the organoids were compared by culturing them on decellularized LEM supports (4 mg/ml) and Matrigel, a commercial culture support.
그 결과, 도 15에 나타난 바와 같이, 오가노이드 배양에 가장 널리 이용되는 매트리젤과 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 (4 mg/ml) 지지체에서 자라는 마우스 간세포 유래 간 오가노이드를 비교했을 때, 각 지지체에서 형성된 간 오가노이드가 모두 계속 크기가 커지면서 계대 배양까지 잘 되는 것을 확인하였다.As a result, as shown in Fig. 15, when comparing mouse hepatocyte-derived liver organoids grown on Matrigel, which is the most widely used for organoid culture, and decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel (4 mg/ml) supports, it was confirmed that liver organoids formed on each support continued to grow in size and were well tolerated until passage culture.
실험예 2-9. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체(LEM)에서 배양된 간세포 유래 간 오가노이드(HLO) 분석Experimental Example 2-9. Analysis of hepatocyte-derived liver organoids (HLOs) cultured in a decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold (LEM)
탈세포 간 지지체 하이드로젤(4 mg/ml)을 이용하여 20일동안 간 오가노이드를 배양하고 면역염색 분석 및 간 기능성 비교 분석을 실시하였다. 상용화된 배양 지지체인 매트리젤을 대조군으로 이용하였다. 간 오가노이드는 쥐의 간 조직을 관류(perfusion)하여 추출한 순수 간세포(hepatocyte)를 이용하여 제작하였다. Liver organoids were cultured for 20 days using a decellularized hepatocyte support hydrogel (4 mg/ml), and immunohistochemical staining analysis and liver functional comparative analysis were performed. Matrigel, a commercial culture support, was used as a control. Liver organoids were produced using pure hepatocytes extracted by perfusion of rat liver tissue.
도 16에 나타난 바와 같이, 대조군 매트리젤(MAT)에서 배양된 오가노이드와 면역염색을 통해 다양한 마커 발현을 비교하여 보았을 때 탈세포 LEM 지지체 그룹에서도 간 조직 특이적 마커들이 잘 발현되는 것을 확인하였다 (도 16(A)). As shown in Figure 16, when comparing the expression of various markers through immunostaining with organoids cultured on the control Matrigel (MAT), it was confirmed that liver tissue-specific markers were well expressed in the decellularized LEM support group as well (Figure 16(A)).
* ALB(hepatocyte marker), ECAD(tight junction marker), F-actin(cytoskeleton marker)* ALB (hepatocyte marker), ECAD (tight junction marker), F-actin (cytoskeleton marker)
Glycogen과 같은 다당류의 저장능력을 확인하는 PAS (Periodic Acid Schiff) 염색을 통해 두 그룹 모두 glycogen 저장 능력을 확인하였다 (도 16 (B)). 요소 합성능력과 알부민 분비량을 비교해 보았을 때, 탈세포 LEM 지지체 그룹에서 대조군 그룹(MAT)에 비해 기능성이 증가한 것을 확인하였다 (도 16 (C)). Both groups were confirmed to have glycogen storage capacity through PAS (Periodic Acid Schiff) staining, which checks the storage capacity of polysaccharides such as glycogen (Fig. 16 (B)). When the urea synthesis capacity and albumin secretion amount were compared, it was confirmed that the functionality increased in the decellularized LEM support group compared to the control group (MAT) (Fig. 16 (C)).
실험예 3: 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 활용가능성 확인Experimental Example 3: Confirmation of the usability of a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue
실험예 3-1. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 인간 유도만능줄기세포(Human-induced Pluripotent Stem Cell; hiPSC) 유래 간 오가노이드 배양Experimental Example 3-1. Culturing of Human-induced Pluripotent Stem Cell (hiPSC)-derived Liver Organoids Using Decellularized Liver Tissue-derived Hydrogel Supports
인간 유도만능줄기세포로부터 간 오가노이드 형성을 위해 적합한 하이드로젤 물성을 조절하기 위해 LEM:배양액 = 1:1 (v/v) 조성으로 혼합하여 하이드로젤 층을 만들고 그 위에 간 오가노이드 형성에 필요한 세포(인간 유도만능줄기세포 유래 간 내배엽 세포, 혈관내피세포, 중간엽줄기세포)를 도포하였다. 72시간 내 세포들이 자가 조직화를 통해 간 오가노이드로 형성되었다. 탈세포 간 지지체 하이드로젤(LEM) 상에서 배양된 간 오가노이드의 면역염색을 통해 단백질 발현을 비교 분석하였다. 상용화된 배양 지지체인 매트리젤(MAT)은 대조군으로 이용하였다. To control the hydrogel properties suitable for liver organoid formation from human-induced pluripotent stem cells, LEM: culture medium = 1:1 (v/v) was mixed to make a hydrogel layer, and cells necessary for liver organoid formation (human-induced pluripotent stem cell-derived hepatic endoderm cells, vascular endothelial cells, and mesenchymal stem cells) were applied on top. Within 72 hours, the cells self-organized to form liver organoids. Protein expression was comparatively analyzed through immunostaining of liver organoids cultured on the decellularized liver support hydrogel (LEM). A commercialized culture support, MATRIGEL (MAT), was used as a control.
도 17에 나타난 바와 같이, 유도만능줄기세포 유래 간 내배엽 세포(hepatic endoderm)+혈관세포(endothelial cell)+중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell)를 매트리젤(MAT)과 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤(LEM) 층에서 배양했을 때, 시간에 따라 세포들이 뭉치면서 두 그룹 모두 72시간 내에 3차원의 오가노이드로 형성이 되는 것을 확인하였다 (도 17 (A)). 면역염색을 진행하였을 때, 간 관련 마커들(ALB, AFP)과 혈관세포 마커(CD31)가 두 그룹 모두에서 잘 발현 되는 것을 확인하였다 (도 17 (B)). As shown in Fig. 17, when iPS cell-derived hepatic endoderm cells + endothelial cells + mesenchymal stem cells were cultured on MAT and decellularized liver tissue-derived hydrogel (LEM) layers, it was confirmed that the cells clumped together over time and both groups formed three-dimensional organoids within 72 hours (Fig. 17 (A)). When immunostaining was performed, it was confirmed that liver-related markers (ALB, AFP) and vascular cell marker (CD31) were well expressed in both groups (Fig. 17 (B)).
* ALB(mature hepatocyte marker), AFP(early hepatocyte marker), CD31(vascular endothelial marker). * ALB (mature hepatocyte marker), AFP (early hepatocyte marker), CD31 (vascular endothelial marker).
실험예 3-2. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 인간 유도만능줄기세포 유래 간 오가노이드(hiPSC-LO) 분석Experimental Example 3-2. Analysis of human induced pluripotent stem cell-derived liver organoids (hiPSC-LO) cultured on a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue
탈세포 간 지지체 하이드로젤을 이용하여 7일간 인간 유도만능줄기세포 유래 간 오가노이드를 배양하고 기능성 및 유전자 발현을 비교 분석하였다. 상용화된 배양지지체인 매트리젤(MAT)은 대조군으로 이용하였다. 간 오가노이드는 인간 유도만능줄기세포 유래 간 내배엽 세포와 혈관내피세포, 중간엽줄기세포의 자가 조직화를 통해 제작되었다. Human-induced pluripotent stem cell-derived liver organoids were cultured for 7 days using a decellularized intercellular support hydrogel, and their functionality and gene expression were compared and analyzed. The commercialized culture support, Matrigel (MAT), was used as a control. Liver organoids were produced through self-organization of human-induced pluripotent stem cell-derived hepatic endoderm cells, vascular endothelial cells, and mesenchymal stem cells.
도 18에 나타난 바와 같이, 간 기능성 관련 PAS 염색을 진행하였을 때, 매트리젤 그룹과 LEM 하이드로젤 그룹 모두에서 글리코겐 저장이 잘 되는 것을 확인하였다. 요소 합성능력의 경우 탈세포 매트릭스에서 배양된 오가노이드에서 더 높게 나타남을 확인하였다(도 18(A)). 정량적 PCR 분석을 통해 간 조직 마커 발현을 분석하였을 때, LEM 하이드로젤에서 배양된 간 오가노이드의 전분화능(pluripotency) 관련 마커인 OCT4 유전자의 발현은 조금 감소하나 간 분화 관련 마커 유전자(SOX17, HNF4A)와 혈관 관련 마커 유전자(PECAM1, CD34)의 발현은 매트리젤에서 배양된 오가노이드 보다 증가하는 경향을 보였다 (도 18 (B)). As shown in Fig. 18, when PAS staining related to liver functionality was performed, it was confirmed that glycogen storage was performed well in both the Matrigel group and the LEM hydrogel group. In the case of urea synthesis ability, it was confirmed that it was higher in the organoids cultured in the decellularized matrix (Fig. 18(A)). When the expression of liver tissue markers was analyzed using quantitative PCR analysis, the expression of the OCT4 gene, a pluripotency-related marker in liver organoids cultured in LEM hydrogel, slightly decreased, but the expression of liver differentiation-related marker genes (SOX17, HNF4A) and blood vessel-related marker genes (PECAM1, CD34) tended to increase compared to the organoids cultured in Matrigel (Fig. 18(B)).
실험예 3-3. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체(LEM)에서 배양된 간 오가노이드(CLO)를 이용한 간 섬유증 모델 제작Experimental Example 3-3. Production of a liver fibrosis model using liver organoids (CLO) cultured on a hydrogel scaffold derived from decellularized liver tissue (LEM)
탈세포 간 조직 유래 지지체 기반 간 오가노이드를 이용한 질병 모델링을 위해 TGF-beta를 농도별로 스크리닝하고 간 섬유증 유발 가능성을 확인하였다. 7일동안 배양한 마우스 담관세포 유래 간 오가노이드(CLO)를 이용하여 모델을 유발하였다. 간 섬유증 모델을 제작하기 위해 TGF-β를 농도별로 48시간 동안 처리하고 오가노이드를 관찰하였다. For disease modeling using liver organoids based on a scaffold derived from decellularized liver tissue, TGF-beta was screened by concentration and its potential to induce liver fibrosis was confirmed. The model was induced using mouse cholangiocyte-derived liver organoids (CLO) cultured for 7 days. To create a liver fibrosis model, TGF-beta was treated by concentration for 48 hours and the organoids were observed.
도 19에 나타난 바와 같이, TGF-β 처리를 안해준 간 오가노이드와 달리, 처리해준 간 오가노이드는 모두 형태가 변하고 성장이 잘 일어나지 않은 것을 확인하였다 (Scale bars =100 μm) (도 19 (A)). 간 섬유화를 확인하기 위해 SMA(Smooth Muscle Actin)와 COL1A1을 염색하여 주변에 축적된 세포외기질(ECM)을 확인하였다 (Scale bars =100 μm) (도 19 (B)). 정량적 PCR 분석을 실시하여 4 ng/ml TGF-β를 처리한 그룹에서 간 섬유증 마커 발현이 가장 높게 나타난 것을 확인하였다 (도 19 (C)). TGF-β를 처리하지 않은 정상적인 조건에서는 대조군 매트리젤 그룹보다 탈세포 간 조직 유래 지지체 그룹에서 간 섬유증 마커(Col1a1)의 발현은 감소하고 담관세포마커(Krt19)의 발현은 증가하였다. 하지만 탈세포 간 조직 유래 지지체에서 배양된 간 오가노이드에 TGF-β 처리를 통해 섬유화를 유발하였을 때, 섬유증 마커의 발현은 크게 증가하고 담관세포마커의 발현은 현저하게 감소한 것을 확인하였다 (도 19 (D)). 본 실험을 통해, 탈세포 간 조직 유래 세포외기질 지지체에서 배양된 간 오가노이드를 이용한 섬유증 모델의 제작 가능성을 확인하였다. As shown in Fig. 19, unlike the liver organoids that were not treated with TGF-β, all of the treated liver organoids showed morphological changes and poor growth (Scale bars = 100 μm) (Fig. 19 (A)). To confirm liver fibrosis, SMA (Smooth Muscle Actin) and COL1A1 were stained to confirm the accumulated extracellular matrix (ECM) around them (Scale bars = 100 μm) (Fig. 19 (B)). Quantitative PCR analysis was performed to confirm that the expression of liver fibrosis markers was the highest in the group treated with 4 ng/ml TGF-β (Fig. 19 (C)). Under normal conditions without TGF-β treatment, the expression of the liver fibrosis marker (Col1a1) decreased and the expression of the cholangiocyte marker (Krt19) increased in the decellularized liver tissue-derived scaffold group compared to the control Matrigel group. However, when fibrosis was induced in liver organoids cultured on decellularized liver tissue-derived scaffolds by TGF-β treatment, the expression of fibrosis markers significantly increased, while the expression of cholangiocyte markers was significantly decreased (Fig. 19 (D)). Through this experiment, we confirmed the possibility of creating a fibrosis model using liver organoids cultured on decellularized liver tissue-derived extracellular matrix scaffolds.
한편, 탈세포 간 조직 유래 지지체에서 배양된 인간 담관세포 유래 간 오가노이드(hCLO)를 이용한 질병 모델링을 위해, TGF-β를 농도별로 테스트한 후 가장 적합한 농도(80 ng/ml)를 처리하여 간 섬유증 유발 가능성을 확인하였다. Meanwhile, for disease modeling using human cholangiocyte-derived liver organoids (hCLO) cultured on a decellularized liver tissue-derived scaffold, TGF-β was tested at various concentrations, and the most appropriate concentration (80 ng/ml) was used to confirm the possibility of inducing liver fibrosis.
도 20에 나타난 바와 같이, 간 섬유증 모델을 제작하기 위해 TGF-β를 농도별로 처리하고 3일 후 같은 오가노이드를 관찰하였다. 처리를 안해준 간 오가노이드는 3일간 성장을 한 것을 확인하였으나, 처리해준 간 오가노이드는 모두 형태가 변하고 성장이 잘 일어나지 않은 것을 확인하였다 (도 20(A)). 간 섬유화 모델을 검증하기 위해 SMA(Smooth Muscle Actin)를 염색하여 주변에 축적된 세포외기질(ECM)을 확인하였다. 본 실험을 통해, 탈세포 간 지지체에서 배양된 간 오가노이드를 이용하여 인간 간 섬유증 모델의 제작 가능성을 확인하였다 (도 20 (B)). As shown in Fig. 20, to create a liver fibrosis model, TGF-β was treated at various concentrations, and the same organoids were observed after 3 days. It was confirmed that the non-treated liver organoids grew for 3 days, but the treated liver organoids all had changed morphology and did not grow well (Fig. 20(A)). To verify the liver fibrosis model, SMA (Smooth Muscle Actin) was stained to confirm the accumulated extracellular matrix (ECM) around them. Through this experiment, the possibility of creating a human liver fibrosis model using liver organoids cultured on a decellularized liver support was confirmed (Fig. 20(B)).
실험예 3-4. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 간 오가노이드 생체 내 이식Experimental Example 3-4. In vivo transplantation of liver organoids using hydrogel scaffolds derived from decellularized liver tissue
탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체를 간 오가노이드 이식용 소재로서 활용하기 위한 동물 실험을 수행하고 조직학 분석을 진행하였다. 간 오가노이드를 마우스 간 독성 손상 모델의 간 조직 내에 효율적으로 전달하고 생착시키기 위해 LEM 하이드로젤을 이용하여 간 오가노이드를 이식하였다. 이식 시 주사가 용이한 LEM 하이드로젤 점도를 맞추기 위해 LEM 하이드로젤은 1:10 (v/v) = LEM: 배양액 조성으로 혼합하여 사용하였다. Animal experiments and histological analyses were performed to evaluate the use of decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel scaffolds as a material for liver organoid transplantation. Liver organoids were transplanted using LEM hydrogel to efficiently deliver and engraft the liver organoids into the liver tissue of a mouse liver toxicity injury model. To adjust the viscosity of LEM hydrogel for easy injection during transplantation, LEM hydrogel was mixed and used in a ratio of 1:10 (v/v) = LEM: culture medium.
도 21에 나타난 바와 같이 아세트아미노펜(Acetaminophen)을 복강 주사하여(24시간) 간 손상 모델을 유발하고 H&E 조직학 분석을 통해 손상모델을 검증하였다 (도 21(A)). 마우스 간 손상 모델에 DiI 형광시약으로 표지된 담관세포 유래 간 오가노이드(CLO)를 이식하였다. 이식용 지지체로서 매트리젤과 탈세포 LEM 하이드로젤을 이용하여 간 오가노이드를 이식하고, 생착 여부를 이식 하루 뒤 형광 발현을 통해 관찰하였다. 손상 부위에 이식된 간 오가노이드가 잘 생존하고 간 조직 내 존재하는 것을 확인하여 LEM 하이드로젤의 오가노이드 이식을 위한 생체소재로서의 가능성을 확인하였다 (도 21 (B)).As shown in Fig. 21, a liver injury model was induced by intraperitoneal injection of acetaminophen (24 hours), and the injury model was verified through H&E histological analysis (Fig. 21(A)). Liver organoids derived from cholangiocytes (CLO) labeled with DiI fluorescent reagent were transplanted into the mouse liver injury model. Liver organoids were transplanted using Matrigel and decellularized LEM hydrogel as transplantation supports, and engraftment was observed through fluorescence expression one day after transplantation. It was confirmed that the liver organoids transplanted to the injury site survived well and existed in the liver tissue, confirming the potential of LEM hydrogel as a biomaterial for organoid transplantation (Fig. 21(B)).
실험예 3-5. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤의 장기보관 가능성 검증Experimental Example 3-5. Verification of the Long-Term Storage Possibility of Decellularized Liver Tissue-Derived Hydrogels
탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤을 -80 ℃ 냉동 조건에서 장기간 보관한 뒤, 이를 마우스 담관세포 유래 간 오가노이드(CLO) 배양에 이용하였다. 대조군으로는 매트리젤을 이용하였다. Decellularized liver tissue-derived LEM hydrogels were stored for long periods under -80°C freezing conditions and used to culture mouse cholangiocyte-derived liver organoids (CLOs). Matrigel was used as a control.
그 결과 도 22에서 확인되는 바와 같이 대조군 매트리젤과 오가노이드 배양 직전에 새롭게 준비한 LEM 하이드로젤, -80 ℃ 냉동에서 장기간 보관한 LEM 하이드로젤을 이용하여 간 오가노이드를 배양했을 때, 모든 그룹에서 오가노이드가 잘 형성되는 것을 확인하였다 (도 22 (A)).As a result, as confirmed in Fig. 22, when liver organoids were cultured using the control Matrigel, LEM hydrogel freshly prepared just before organoid culture, and LEM hydrogel stored in a -80 ℃ freezer for a long period of time, it was confirmed that organoids were well formed in all groups (Fig. 22 (A)).
간 오가노이드 배양 직전에 제작한 매트리젤 및 LEM 하이드로젤과 비교하여 1달 또는 2달동안 냉동 보관된 LEM 용액으로 제작한 하이드로젤에서도 간 오가노이드가 잘 배양되며 간 분화 마커 모두 매트리젤 그룹에 비해서는 증가하며 탈세포 LEM 하이드로젤 간에는 큰 차이없이 비슷한 발현량을 나타내는 것을 확인하였다 (도 22(B)).Compared to Matrigel and LEM hydrogels prepared immediately before liver organoid culture, liver organoids were well cultured in hydrogels prepared with LEM solution that had been frozen for 1 or 2 months, and all liver differentiation markers were increased compared to the Matrigel group and showed similar expression levels without significant differences among decellularized LEM hydrogels (Fig. 22(B)).
또한, 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤을 4 ℃ 냉장 조건에서 장기간 보관한 뒤, 이를 인간 담관세포 유래 간 오가노이드(hCLO) 배양에 이용하였다. 대조군으로는 매트리젤을 이용하였다. In addition, the decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel was stored for a long period of time under refrigerated conditions at 4°C and then used to culture human cholangiocyte-derived liver organoids (hCLO). Matrigel was used as a control.
그 결과, 도 23에서 확인되는 바와 같이 배양 직전에 제작한 매트리젤 및 LEM 하이드로젤과 비교하여 2달 동안 냉장 보관된 LEM 용액으로 제작한 하이드로젤에서도 인간 간 오가노이드가 잘 배양되며 줄기세포능 마커와 간 분화 마커 모두 큰 차이없이 비슷하거나 높은 발현량을 나타내는 것을 확인하였다 (도 23 (A)).As a result, as confirmed in Fig. 23, human liver organoids were cultured well in hydrogels made with LEM solution that had been refrigerated for 2 months compared to Matrigel and LEM hydrogels made immediately before culture, and it was confirmed that both stem cell potential markers and liver differentiation markers showed similar or higher expression levels without significant differences (Fig. 23 (A)).
간 기능 분석(요소합성능력, 알부민 분비)을 진행해 보았을 때, 장기보관된 LEM 하이드로젤에서도 인간 간 오가노이드가 간 기능성을 잘 유지하며 매트리젤 그룹에서 배양된 간 오가노이드와 유사하거나 약간 높은 기능성을 보여주는 것을 확인하였다 (도 23 (B)).When liver function analysis (urea synthesis ability, albumin secretion) was performed, it was confirmed that human liver organoids maintained liver functionality well even in long-term stored LEM hydrogels and showed functionality similar to or slightly higher than that of liver organoids cultured in the Matrigel group (Figure 23 (B)).
이를 통해 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체가 용액 상태로 2달 이상 4 ℃ 냉장 보관되어도 변성없이 안정성을 잘 유지하며, 간 오가노이드 배양에 사용될 수 있음을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel scaffold maintained stability without denaturation even when stored in a solution state at 4°C for more than 2 months, and could be used for liver organoid culture.
실험예 3-6. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체를 이용한 간암 오가노이드 배양Experimental Example 3-6. Culturing of liver cancer organoids using hydrogel scaffolds derived from decellularized liver tissue
탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체를 이용하여 인간 간암 오가노이드 배양 가능성을 확인하였다. 정상 간 조직 유래 인간 간 오가노이드와 간암(Hepatocellular Carcinoma, HCC) 환자 조직 유래 간 오가노이드를 매트리젤과 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤에서 20일간 배양한 뒤 이를 분석하였다. The feasibility of culturing human liver cancer organoids using decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel scaffolds was investigated. Human liver organoids derived from normal liver tissue and liver organoids derived from hepatocellular carcinoma (HCC) patient tissues were cultured in Matrigel and decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel for 20 days, and then analyzed.
그 결과 도 24에서 확인되는 바와 같이, 정상 간 오가노이드와 간암 오가노이드 모두 매트리젤 그룹과 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체에서 유사하게 형성됨을 확인하였다 (도 24 (A)). 매트리젤에서 배양된 간암 오가노이드와 LEM 하이드로젤에서 배양된 간암 오가노이드의 면역염색을 실시하여 두 그룹 모두에서 간암 관련 마커(SMA, AFP) 단백질이 염색된 것을 확인하였다 (도 24 (B)). 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤에서 배양된 정상 간 오가노이드와 간암 오가노이드의 유전자 발현을 qPCR 분석을 통해 비교해 보았을 때, 간암 오가노이드에서 줄기세포능(stemness) 관련된 LGR5 발현량은 감소하고 염증반응 관련된 TNFa, HES1의 발현과 간암 관련 AFP, PLIN2 마커의 발현은 증가한 것을 확인하였다 (도 24 (C)).As a result, as confirmed in Fig. 24, both normal liver organoids and liver cancer organoids were similarly formed in the Matrigel group and the decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel support (Fig. 24 (A)). Immunostaining of liver cancer organoids cultured in Matrigel and liver cancer organoids cultured in LEM hydrogel was performed, and it was confirmed that liver cancer-related marker (SMA, AFP) proteins were stained in both groups (Fig. 24 (B)). When the gene expression of normal liver organoids and liver cancer organoids cultured in decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel was compared through qPCR analysis, it was confirmed that the expression of LGR5 related to stemness decreased, while the expression of TNFa and HES1 related to inflammation response and the expression of AFP and PLIN2 markers related to liver cancer increased in liver cancer organoids (Fig. 24 (C)).
이를 통해 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체가 정상 간 오가노이드 뿐만 아니라 간암 오가노이드의 배양에도 적용 가능함을 확인함으로써 간암 체외 모델 구축을 위한 배양 플랫폼으로서 활용될 수 있는 가능성을 확인하였다. Through this, we confirmed that the decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel scaffold can be applied to the culture of not only normal liver organoids but also liver cancer organoids, thereby confirming the possibility that it can be utilized as a culture platform for building an in vitro liver cancer model.
실험예 3-7. 간 조직 탈세포 프로토콜 비교를 통한 본 발명에서 구축된 탈세포 간 조직 유래 지지체의 우수성 검증 Experimental Example 3-7. Verification of the superiority of the decellularized liver tissue-derived scaffold constructed in the present invention through comparison of liver tissue decellularization protocols
본 연구에서 개발한 탈세포 방법(Protocol 1)과 기존 문헌에 보고된 바 있는 탈세포 방법(Protocol 2)을 비교하였다. Protocol 2 방법은 4% sodium deoxycholate를 4시간 처리한 후 DNase Ⅰ(3시간)을 이용하여 DNA를 제거하였고 본 연구에서 개발한 탈세포 방법은 조직 내 단백질 손상을 줄이기 위해 더 완화된 조건인 1% Triton X-100과 0.1% ammonium hydroxide를 혼합한 용액만을 사용하여 탈세포를 유도하였다. The decellularization method developed in this study (Protocol 1) was compared with the decellularization method reported in the literature (Protocol 2). The Protocol 2 method removed DNA using DNase I (3 hours) after treatment with 4% sodium deoxycholate for 4 hours, and the decellularization method developed in this study induced decellularization using only a solution mixed with 1% Triton X-100 and 0.1% ammonium hydroxide, which is a more relaxed condition to reduce protein damage in the tissue.
그 결과, 도 25에서 확인되는 바와 같이, H&E 조직학 분석결과, 두 방법 모두 세포는 잘 제거하였으나 프로토콜 1로 처리된 조직에서 ECM 성분들이 더 많이 보존됨을 확인하였다 (도 25 (A)).As a result, as confirmed in Fig. 25, the H&E histological analysis results confirmed that both methods removed cells well, but ECM components were preserved more in the tissue treated with Protocol 1 (Fig. 25 (A)).
탈세포 공정 후 DNA는 두 프로토콜로 처리된 조직에서 모두 크게 감소하였으나 GAG 정량 분석을 통해 프로토콜 2로 처리된 조직에 남아있는 GAG 성분이 프로토콜 1로 처리된 조직에서 보다 현저하게 적은 것을 확인하였다. 각 프로토콜로 제작된 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤의 기계적 물성(elastic modulus)을 측정했을 때 프로토콜 2를 통해 탈세포된 조직에서 유래된 하이드로젤의 물성이 더 낮은 것을 확인하였다(도 25 (B)). After the decellularization process, DNA was significantly reduced in both tissues treated with the two protocols, but GAG quantitative analysis confirmed that the GAG component remaining in the tissue treated with Protocol 2 was significantly less than in the tissue treated with Protocol 1. When the mechanical properties (elastic modulus) of the decellularized liver tissue-derived hydrogels produced with each protocol were measured, it was confirmed that the properties of the hydrogel derived from the decellularized liver tissue through Protocol 2 were lower (Fig. 25 (B)).
이러한 결과를 통해 프로토콜 1이 효율적인 탈세포화를 유도할 수 있을 뿐만 아니라 세포외기질 (ECM) 손상을 줄일 수 있는 보다 효율적인 방식임을 알 수 있다.These results suggest that Protocol 1 is a more efficient method that can not only induce efficient decellularization but also reduce extracellular matrix (ECM) damage.
또한, 본 발명에서 구축한 탈세포 방법(Protocol 1)과 기존에 많이 사용하는 탈세포 방법(Protocol 3)을 비교하였다. Protocol 3은 본 발명에서 구축한 탈세포 방법을 적용한 이후 3% sodium dodecyl sulfate 시약을 추가적으로 24시간 처리하였다. In addition, the decellularization method (Protocol 1) constructed in the present invention was compared with a decellularization method (Protocol 3) that is widely used in the past. In Protocol 3, after applying the decellularization method constructed in the present invention, 3% sodium dodecyl sulfate reagent was additionally treated for 24 hours.
그 결과, 도 26에서 확인되는 바와 같이, H&E 조직학 분석하였을 때 두 방법 모두 세포는 잘 제거하였으나 프로토콜 1로 처리된 조직에서 ECM 성분들이 더 많이 보존됨을 확인하였다 (도 26 (A)).As a result, as confirmed in Fig. 26, when H&E histological analysis was performed, it was confirmed that both methods removed cells well, but ECM components were preserved more in the tissue treated with Protocol 1 (Fig. 26 (A)).
탈세포 공정 후 DNA는 두 프로토콜로 처리된 조직에서 모두 크게 감소하였으나 GAG 정량 분석을 통해 프로토콜 3으로 처리된 조직에 남아있는 GAG 성분이 프로토콜 1로 처리된 조직에서 보다 현저하게 적은 것을 확인하였다. 각 프로토콜로 제작된 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤의 기계적 물성(elastic modulus)을 측정했을 때 두 프로토콜을 통해 제작된 하이드로젤의 물성은 큰 차이가 없음을 확인하였다 (도 26 (B)).After the decellularization process, DNA was significantly reduced in both tissues treated with the two protocols, but GAG quantitative analysis confirmed that the GAG component remaining in the tissue treated with Protocol 3 was significantly less than in the tissue treated with Protocol 1. When the mechanical properties (elastic modulus) of the decellularized liver tissue-derived hydrogels produced with each protocol were measured, it was confirmed that there was no significant difference in the properties of the hydrogels produced with the two protocols (Fig. 26 (B)).
각 탈세포 프로토콜로 제작된 간 조직 유래 LEM 지지체의 단백체 분석(proteomics)을 실시하였을 때, Protocol 1로 제작된 LEM 지지체에서 간 조직 특이적인 Collagen α1 (XVIII)과 Kininogen 1 단백질이 함유되어 있으며 세포외기질 단백질 수도 더 많이 검출됨을 확인하였다 (도 26 (C)). When proteomics analysis of liver tissue-derived LEM scaffolds produced by each decellularization protocol was performed, it was confirmed that the LEM scaffold produced by Protocol 1 contained liver tissue-specific Collagen α1 (XVIII) and Kininogen 1 proteins, and a greater number of extracellular matrix proteins were detected (Fig. 26 (C)).
따라서 프로토콜 1이 프로토콜 3과 비교하여 간 조직 특이적 세포외기질 성분의 손상을 줄일 수 있는 보다 효율적인 탈세포 공정을 유도할 수 있음을 확인하였다.Therefore, we confirmed that Protocol 1 could induce a more efficient decellularization process that could reduce damage to liver tissue-specific extracellular matrix components compared to Protocol 3.
실험예 3-8. 간 조직 탈세포 프로토콜 비교를 통한 본 발명에서 구축된 탈세포 간 조직 유래 지지체의 우수성 검증 (오가노이드 배양 실험)Experimental Example 3-8. Verification of the superiority of the decellularized liver tissue-derived scaffold constructed in the present invention through comparison of liver tissue decellularization protocols (organoid culture experiment)
본 발명에서 구축한 탈세포 방법(Protocol 1)과 기존문헌에 보고된 바 있는 탈세포 방법(Protocol 2), 기존에 많이 사용하는 탈세포 방법(Protocol 3)으로 제작된 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤을 이용하여 마우스 담관세포 유래 간 오가노이드(CLO)를 배양하고 비교하였다. Mouse cholangiocyte-derived liver organoids (CLOs) were cultured and compared using hydrogels derived from decellularized liver tissue prepared by the decellularization method constructed in the present invention (Protocol 1), a decellularization method reported in the literature (Protocol 2), and a decellularization method widely used in the past (Protocol 3).
Protocol 1, 2, 3으로 제작된 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤에서 모두 간 오가노이드가 잘 형성됨을 확인하였다 (Day 7) (도 27 (A)). 각 프로토콜로 제작된 LEM 하이드로젤에서 배양된 간 오가노이드를 7일차에 정량적 PCR (qPCR) 방법을 통해 유전자 발현을 비교하였을 때, 줄기세포능(Lgr5) 마커 발현과 간 분화 마커(Afp, Foxa3)의 발현이 프로토콜 1에 비해 프로토콜 2,3 방법으로 제작된 하이드로젤 내에서 배양된 간 오가노이드에서 유의미하게 감소하는 것을 확인하였다 (도 27 (B)). 기존 배양 지지체인 매트리젤(MAT)과 각 탈세포 프로토콜로 제작된 LEM 하이드로젤에서 간 오가노이드의 형성효율을 비교했을 때, 프로토콜 1 그룹에서는 약간 감소하지만 프로토콜 2 및 3으로 제작된 하이드로젤에서 간 오가노이드 형성효율이 유의미하게 감소하는 것을 확인하였다 (도 27 (C)).It was confirmed that liver organoids were well formed in all of the decellularized liver tissue-derived LEM hydrogels produced by Protocol 1, 2, and 3 (Day 7) (Fig. 27 (A)). When the gene expression of liver organoids cultured in LEM hydrogels produced by each protocol was compared using the quantitative PCR (qPCR) method on day 7, it was confirmed that the expression of the stem cell potential (Lgr5) marker and the expression of the liver differentiation markers (Afp, Foxa3) were significantly decreased in the liver organoids cultured in the hydrogels produced by Protocol 2 and 3 compared to Protocol 1 (Fig. 27 (B)). When the formation efficiency of liver organoids was compared in the existing culture support, Matrigel (MAT), and the LEM hydrogels produced by each decellularized protocol, it was confirmed that the liver organoid formation efficiency was slightly decreased in the Protocol 1 group, but significantly decreased in the hydrogels produced by Protocols 2 and 3 (Fig. 27 (C)).
이러한 결과를 통해 프로토콜 1로 제작된 LEM 하이드로젤이 간 오가노이드 형성에 보다 효율적이며 간 오가노이드의 성장 및 분화에도 더욱 유리한 환경을 제공해 줄 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서 구축된 프로토콜 1로 제작된 탈세포 간 조직 유래 지지체가 간 오가노이드 배양에 있어 훨씬 우수한 지지체임을 알 수 있다.These results show that the LEM hydrogel produced by Protocol 1 is more efficient in the formation of liver organoids and can provide a more favorable environment for the growth and differentiation of liver organoids. In other words, it can be seen that the decellularized liver tissue-derived scaffold produced by Protocol 1 constructed in the present invention is a much superior scaffold for liver organoid culture.
실험예 3-9. 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체의 종간 비교 분석 (돼지 vs 인간)Experimental Example 3-9. Cross-species Comparative Analysis of Decellularized Liver Tissue-Derived Hydrogel Scaffolds (Pig vs. Human)
매트리젤(Matrigel)과 돼지 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체(Porcine LEM)와 함께 인간 간 조직을 탈세포화 하여 제작한 인간 탈세포 간 조직 유래 지지체(Human LEM)의 단백체 분석을 진행하였다. 세 종류 하이드로젤의 단백체 분석 비교를 통해 본 발명에서 개발한 돼지 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤의 인간 간 오가노이드 배양 적합성을 검증하였다. We performed a proteomic analysis of human decellularized liver tissue-derived scaffolds (Human LEM) produced by decellularizing human liver tissue together with Matrigel and porcine LEM. Through a comparison of proteomic analyses of three types of hydrogels, we verified the suitability of the porcine decellularized liver tissue-derived hydrogel developed in the present invention for human liver organoid culture.
대조군 매트리젤(Matrigel)의 세포외기질 성분은 대부분 ECM glycoproteins으로 구성되어 있으며 그 외 ECM regulators, proteoglycans 순서로 포함되어 있는 것에 비해 돼지 및 인간 탈세포 간 조직 유래 LEM 지지체는 proteoglycans이 가장 많이 함유되어 있으며 collagens와 ECM glycoproteins이 비슷한 수준으로 존재하는 것을 확인하였다. 또한 top 10 ECM 단백질을 확인했을 때, Porcine LEM과 Human LEM에서 대부분 비슷한 성분이 검출되었으며 대조군 매트리젤과는 많이 다름을 확인하였다. 따라서 돼지 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체는 인간 간 조직과 유사한 미세환경을 제공할 수 있으므로 매트리젤 보다 인간 간 오가노이드 배양에 보다 더 적합함을 알 수 있다. 각 배양 매트릭스에만 특이적으로 존재하는 세포외기질 단백질 성분들을 분석했을 때, 인간 간 조직 유래 LEM 지지체에서 가장 많은 ECM 단백질이 검출되었고 대조군 매트리젤보다는 돼지 간 조직 유래 LEM 지지체에서 더 많은 ECM 단백질 성분들이 검출된 것을 확인하였다 (도 28 (A)).The extracellular matrix components of the control Matrigel were mostly composed of ECM glycoproteins, and the rest were ECM regulators and proteoglycans in that order, whereas the porcine and human decellularized liver tissue-derived LEM scaffolds contained the most proteoglycans and had similar levels of collagens and ECM glycoproteins. In addition, when the top 10 ECM proteins were confirmed, most similar components were detected in Porcine LEM and Human LEM, and they were confirmed to be very different from the control Matrigel. Therefore, it can be seen that the porcine decellularized liver tissue-derived hydrogel scaffold can provide a microenvironment similar to human liver tissue, and thus is more suitable for human liver organoid culture than Matrigel. When the extracellular matrix protein components specifically present in each culture matrix were analyzed, the most ECM proteins were detected in the human liver tissue-derived LEM scaffold, and more ECM protein components were detected in the porcine liver tissue-derived LEM scaffold than in the control Matrigel (Fig. 28 (A)).
각 지지체에 포함된 세포외기질(ECM)을 제외한 non-matrisome 단백질 성분들의 기능을 알아보기 위해 유전자 온톨로지(Gene Ontology) 분석을 진행했을 때, 매트리젤의 non-matrisome 성분은 peptide 및 amide의 생합성 및 대사와 관련된 기능을 주로 담당하는 것에 반해 인간 및 돼지 LEM 지지체의 non-matrisome 성분들은 저분자, 각종 유기산 및 세포대사와 관련된 역할에 주로 관여하는 것을 확인하였다 (도 28 (B)). 즉, 인간 및 돼지 LEM 지지체에 포함된 ECM 이외 non-matrisome 단백질 성분들은 간세포의 중요한 기능인 유기산대사 및 각종 세포대사 능력이 증진된 기능적으로 성숙한 간 오가노이드 형성에 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.When Gene Ontology analysis was performed to determine the functions of non-matrisome protein components excluding the extracellular matrix (ECM) included in each scaffold, the non-matrisome components of Matrigel were mainly responsible for functions related to the biosynthesis and metabolism of peptides and amides, whereas the non-matrisome components of human and porcine LEM scaffolds were mainly involved in roles related to small molecules, various organic acids, and cell metabolism (Fig. 28 (B)). In other words, the non-matrisome protein components excluding the ECM included in the human and porcine LEM scaffolds are expected to play an important role in the formation of functionally mature liver organoids with enhanced organic acid metabolism and various cell metabolism capabilities, which are important functions of hepatocytes.
실험예 3-10. 인간 및 돼지 탈세포 간 조직 유래 하이드로젤 지지체에서 배양된 인간 간 오가노이드(인간 담관세포 유래 간 오가노이드 - hCLO) 비교Experimental Example 3-10. Comparison of human liver organoids (human cholangiocyte-derived liver organoids - hCLO) cultured on hydrogel scaffolds derived from human and porcine decellularized liver tissues
매트리젤(MAT)과 앞서 제작한 인간 및 돼지 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체에서 인간 간 오가노이드를 배양하였다. 간 오가노이드는 인간 간 조직에서 추출한 담관세포를 이용하여 제작하였고 배양 14일차에 qPCR을 통한 유전자 발현과 요소 합성능력을 비교하였다. Human liver organoids were cultured on MAT and previously produced human and porcine decellularized liver tissue-derived LEM hydrogel supports. Liver organoids were produced using cholangiocytes extracted from human liver tissue, and gene expression and factor synthesis ability were compared using qPCR on day 14 of culture.
대조군 매트리젤(MAT)에서 배양된 간 오가노이드와 비교하였을 때, 서로 다른 두 종으로부터 유래한 탈세포 간 조직 유래 LEM 하이드로젤 지지체에서 배양된 간 오가노이드도 매트리젤 그룹과 유사한 수준으로 오가노이드 형성이 잘 되는 것을 확인하였다 (도 29 (A)).Compared with liver organoids cultured on control Matrigel (MAT), liver organoids cultured on LEM hydrogel supports derived from decellularized liver tissues from two different species were confirmed to form organoids at a level similar to that of the Matrigel group (Fig. 29 (A)).
각각의 매트릭스에서 배양된 간 오가노이드를 qPCR 분석을 통해 유전자 발현을 비교하였을 때, 줄기세포능(stemness) 관련 마커(LGR5)는 유사한 수준으로 유지되고 분화 마커(KRT19, KRT7, SOX9)는 탈세포 간 조직 LEM 하이드로젤 그룹에서 발현이 증가하는 것을 확인하였다. 간 기능성 분석(요소 합성능력)을 진행했을 때에도 인간 및 돼지 간 조직 유래 LEM 하이드로젤에서 배양된 간 오가노이드가 매트리젤에서 배양된 간 오가노이드와 유사하거나 약간 높은 수준의 기능성을 가지고 있음을 확인하였다 (도 29 (B)).When the gene expression of liver organoids cultured in each matrix was compared through qPCR analysis, the stemness-related marker (LGR5) was maintained at a similar level, and the expression of differentiation markers (KRT19, KRT7, SOX9) was confirmed to be increased in the decellularized liver tissue LEM hydrogel group. When liver functionality analysis (urea synthesis ability) was performed, it was confirmed that the liver organoids cultured in human and porcine liver tissue-derived LEM hydrogels had a similar or slightly higher level of functionality than the liver organoids cultured in Matrigel (Fig. 29 (B)).
이를 통해 돼지 조직 유래 LEM 지지체가 인간 조직 유래 LEM 지지체와 동등한 성능을 가지며 따라서 매트리젤 및 인간 조직 유래 매트릭스를 대체하여 간 오가노이드 배양에 적용할 수 있음을 알 수 있다.This suggests that porcine tissue-derived LEM scaffolds have equivalent performance to human tissue-derived LEM scaffolds and thus can be applied to liver organoid culture as a replacement for Matrigel and human tissue-derived matrices.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential characteristics of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
Claims (4)
(b) 상기 탈세포된 간 조직을 건조하여 탈세포 간 조직 유래 세포외기질(Liver Extracellular Matrix; LEM)을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 건조된 탈세포 간 조직 유래 세포외기질을 겔화(gelation)하는 단계; 를 포함하는,
오가노이드 배양용 지지체 조성물 제조방법으로서,
상기 (c) 단계에서, 탈세포 간조직 유래 세포외기질의 농도가 4 내지 6mg/mL가 되도록 조정하는, 오가노이드 배양용 지지체 조성물 제조방법.
(a) a step of producing decellularized liver tissue by chopping the separated liver tissue and stirring it with a decellularization solution;
(b) a step of drying the decellularized liver tissue to produce decellularized liver tissue-derived extracellular matrix (LEM); and
(c) a step of gelling the extracellular matrix derived from the dried decellularized liver tissue; including;
A method for producing a support composition for organoid culture,
A method for producing a support composition for organoid culture, wherein in step (c) above, the concentration of the extracellular matrix derived from decellularized liver tissue is adjusted to 4 to 6 mg/mL.
상기 탈세포화 용액은 0.1 내지 5%의 Triton X-100 및 0.01 내지 0.5% 수산화 암모늄을 포함하는 것인, 오가노이드 배양용 지지체 조성물 제조방법.
In the first paragraph,
A method for producing a support composition for organoid culture, wherein the decellularization solution contains 0.1 to 5% Triton X-100 and 0.01 to 0.5% ammonium hydroxide.
상기 (a) 단계의 탈세포는 간 조직 세포가 95 내지 99.9% 제거된, 오가노이드 배양용 지지체 조성물 제조방법.
In the first paragraph,
A method for producing a support composition for organoid culture, wherein the decellularization in step (a) above removes 95 to 99.9% of liver tissue cells.
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| Biomacromolecules, vol.15, pp.206~218(2014) |
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