돼지 간 유래 탈세포화 세포바깥바탕질 하이드로겔 지지체를 활용한 가슴샘상피세포의 3차원 배양

김휘곤; 황선영; 이리라; 윤식

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김휘곤 (부산대학교) 황선영 (부산대학교) 이리라 (부산대학교) 윤식 (부산대학교)

저널정보: 대한체질인류학회 해부·생물인류학 해부·생물인류학 제37권 제4호

발행연도: 2024.12

수록면: 287 - 302 (16page)

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가슴샘상피세포 (thymic epithelial cell)는 가슴샘의 주요 기질 구성 요소로서 스펀지 형태의 3차원 구조를 형성하며, T세포 발달에 필요한 미세환경을 제공한다. 2차원 세포배양 시스템에서는 가슴샘상피세포의 주요 분자인자 발현이 감소하여 효과적인 T세포 발달을 유도하지 못한다. 이에 비해 3차원 가슴샘상피세포 배양은 세포가 구조화된 지지체 내에서 성장하면서 이웃 세포 및 세포바깥바탕질과 상호작용할 수 있도록 하여 생체 내 환경을 보다 정밀하게 모사하며, 세포의 성장과 기능을 촉진할 수 있다. 3차원 세포배양 기술 구현을 위해서는 생체 세포바깥 바탕질의 구조적 및 생화학적 특성을 재현할 수 있는 지지체가 필수적이다. 탈세포화 세포바깥바탕질 기반 하이드로겔은 추가적인 생물학적 인자 없이도 증식, 이동, 분화와 같은 다양한 세포 활동을 지지하여 조직공학 응용에 이상적인 소재로 간주된다. 본 연구에서는 돼지 간 유래 탈세포화 세포바깥바탕질을 이용하여 가슴샘상피세포의 3차원 배양을 지지하는 자가 겔화 하이드로겔을 개발하였다. 돼지 간 유래 탈세포화 세포바깥바탕질기반 하이드로겔에서 배양된 가슴샘상피세포는 3D 아가로스 하이드로겔 또는 기존 2D 시스템에서 배양된 가슴샘상피세포와 비교하여 독특한 세포 특성과 분자적 특성을 나타내었다. 특히 돼지 간 유래 탈세포화 세포바깥바탕질기반 하이드로겔에서 3차원 배양된 가슴샘상피세포는 세포의 증식, 생존, 스페로이드 형성, 생존율, 침습성 및 활성이 증가하였다. 또한 돼지 간 유래 탈세포화 세포바깥바탕질기반 하이드로겔에서 3차원 배양된 가슴샘상피세포에서는 GM-CSF, IL-7, TARC와 같은 중요한 가슴샘세포생성인자들의 발현이 증가하였다. 이러한 연구 결과는 돼지 간 유래 탈세포화 세포바깥바탕질기반 하이드로겔을 활용한 가슴샘상피세포의 효율적인 3D 배양 모델을 제시하고, 가슴샘상피세포의 3차원 배양에 대한 이해를 증진시킬 뿐만 아니라 돼지 간 유래 탈세포화 세포바깥바탕질 하이드로겔이 T세포 발달, 가슴샘 오가노이드 바이오프린팅 및 가슴샘 재생 분야에서 유망한 응용 가능성을 지니고 있음을 시사한다.

Thymic epithelial cells (TECs), as key stromal components, form a three-dimensional sponge- like network that creates the microenvironment critical for T cell development. Physical and biochemical interactions between TECs and developing thymocytes within this network are indispensable for proper T cell maturation. However, conventional two-dimensional (2D) cell culture systems fail to replicate the thymic microenvironment, leading to reduced TEC functionality and impaired T cell development. Three-dimensional (3D) cell culture offers a more physiologically relevant model by enabling cells to grow within structured scaffolds that facilitate interactions with neighboring cells and the extracellular matrix (ECM), thereby mimicking the in vivo environment. Scaffolds that replicate the structural and biochemical properties of the ECM are essential for implementing 3D culture. Decellularized extracellular matrix (dECM) scaffolds meet these requirements by preserving the native structure and bioactivity of the ECM after rcellular components are removed. dECM- based scaffolds support diverse cellular activities, such as proliferation, migration, and differentiation, without the need for additional biological factors, making them ideal for tissue engineering applications. In this study, we developed a bioactive hydrogel derived from porcine liver dECM (dPLECM) to support the 3D culture of TECs. Interestingly, TECs grown in the 3D dPLECM hydrogel displayed distinctive cellular properties and molecular profiles compared with those cultured in 3D agarose hydrogel or conventional 2D systems. This was evidenced by increased cell proliferation, spheroid formation, survival, and invasion, as well as by the upregulated expression of crucial thymopoietic factors, such as GM-CSF, IL-7, and TARC, in TECs cultured in the 3D dPLECM hydrogel scaffolds. Taken together, the results of this study demonstrate an efficient 3D culture model for TECs using dPLECM hydrogel scaffolds. This model closely replicates the native thymic microenvironment, advances our understanding of TEC behavior in 3D culture, and highlights the potential of dPLECM hydrogels for applications in T cell development, thymic organoid bioprinting, and thymus regeneration.

#Thymic epithelial cell #Decellularized extracellular matrix #Hydrogel #3D cell culture #가슴샘상피세포 #탈세포화 세포바깥바탕질 #하이드로겔 #3차원 세포배양

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