KR20200025246A - Method of activating ion channel of cell, Structure for ion channel activation of cell and Manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세포의 이온채널 활성화용 구조체 및 세포의 이온채널 활성화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 상기 기둥 형태의 구조물은 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태의 구조물의 접촉하는 간격으로 배열되며 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 가짐으로써, 세포의 이온채널을 활성화시킬 수 있는 구조체, 그의 제조방법 및 세포의 이온채널 활성화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure for ion channel activation of a cell and a method for activating an ion channel of a cell, and more particularly, includes a bottom surface and a columnar structure disposed on the bottom surface, wherein the columnar structure is a cell. Immediately after seeding of the cells, the cells are arranged at contact intervals of two to three pillar-shaped structures and have a height at which the cells do not touch the bottom surface, thereby enabling to activate the ion channels of the cells, It relates to a preparation method and a method for activating an ion channel of a cell.
Description
본 발명은 시딩된 세포의 이온채널을 활성화시키는 방법, 세포의 이온채널을 활성화시킬 수 있는 구조체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of activating an ion channel of a seeded cell, a structure capable of activating an ion channel of a cell, and a method of manufacturing the same.
암은 유전학(genetics)적인 측면에서, 발암물질(carcinogen), 식이요법 및 육체적 활동, 자외선 노출 및 가능한 감염에 이르는 범위의 많은 가능한 원인을 갖는 복합적 질환인 데, 세포수준에서의 암체계 연구는 암동역학(cancer dynamics)에서 보다 나은 이해를 제공할 것으로 기대되고 있다. 최근에는 가능한 발암물질에 대한 세포반응을 활발히 추구하고 있다(pursued). 화학적 간섭(chemical interferences)(발암물질) 뿐만 아니라 물리적 환경이 세포 운명을 결정할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이와 관련하여 세포의 형질을 의도적으로 조절하는 기술은 신약개발에서 조직공학, 재생의료에 이르기까지 널리 사용되는 핵심기술이다. 암세포를 의도적으로 공격성이 강해지도록 하여 전이를 막는 신약을 개발하는 신약 스크리닝에서 형질전환을 통한 특정 조직/장기의 개발, 그리고 치료제 목적의 세포를 양산하는 기술이 현재 가장 많이 연구되고 이용되는 기술에 해당한다. 세포의 형질전환을 위해서는 일반적으로 유기저분자 형태의 약물을 이용하여 세포의 형질을 전환시키나 최근에는 물리적 자극 (압력, 온도, 환경 기타)을 가하거나 ECM(extracellular matrix)을 제어하여 세포의 형질전환을 유도하는 연구도 많이 진행되고 있다.Cancer is a complex disease with genetics that has many possible causes ranging from carcinogens, diet and physical activity, UV exposure and possible infections. It is expected to provide a better understanding of cancer dynamics. Recently, there have been active pursuits of cellular responses to possible carcinogens. It is known that not only chemical interferences (carcinogens) but also the physical environment can determine cell fate. In this regard, technology that intentionally regulates cell traits is a key technology widely used in drug development, tissue engineering, and regenerative medicine. In drug screening, which develops a drug that intentionally makes cancer cells more aggressive and prevents metastasis, the development of specific tissues / organs through transformation and mass production of cells for therapeutic purposes are among the most studied and used technologies. do. In order to transform cells, cells are usually transformed by using organic small molecule drugs, but recently, by transforming cells by applying physical stimuli (pressure, temperature, environment, etc.) or controlling an extracellular matrix (ECM). A lot of research is being conducted.
물리적 자극을 이용한 형질 전환은 유기저분자 약물에 의한 자극보다 상대적으로 세포에 한정적 영향을 미치며 이는 약물형태의 자극에서 오는 부작용을 상대적으로 줄일 수 있는 장점을 제공한다. 최근 나노/마이크로 패터닝 기술의 발전으로 세포를 다양한 나노/마이크로구조에 접목시켜 형질전환을 유도하는 연구가 활발하게 진행 중에 있다. Transformation using physical stimulation has a relatively limited effect on cells than stimulation by organic small molecule drugs, which provides an advantage of relatively reducing the side effects of drug-type stimulation. Recently, research on inducing transformation by incorporating cells into various nano / micro structures has been actively conducted with the development of nano / micro patterning technology.
그러나 이들 대부분의 연구는 실험실 수준의 연구로, 나노/마이크로구조 자극에 의한 일부의 특성 변화만을 보고하고 있다. 특히 마이크로/나노구조의 필라형태 구조물에 다양한 세포의 성장이 보고되고 있는데, 이들 구조물의 기하학적 구조/크기와 세포의 형질전환의 상관관계가 일부 수준에서만 밝혀지고 있다. Most of these studies, however, are lab-level and report only a few of the characteristic changes caused by nano / microstructure stimuli. In particular, the growth of various cells has been reported in the micro / nano pillar-shaped structures, and the correlation between the geometry / size of these structures and the transformation of the cells is only revealed at some level.
이에 따라, 세포의 형질전환, 특히 이온채널의 활성화를 원하는 형태로 유도해낼 수 있으며 그에 따른 세포생리학적 변화를 정확하게 프로파일링한 구조물의 개발이 필요하다.Accordingly, it is necessary to develop a structure that can induce the transformation of cells, in particular the activation of the ion channel in the desired form, and profile the physiological changes accordingly accordingly.
본 발명은 시딩된 세포의 이온채널의 활성화를 유도하는 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a structure for inducing activation of ion channels of seeded cells.
본 발명은 시딩된 세포의 이온채널을 활성화시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method for activating ion channels of seeded cells.
본 발명은 시딩된 세포의 이온채널의 활성화를 유도하는 구조체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method for preparing a construct for inducing activation of ion channels of seeded cells.
1. 바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 상기 기둥 형태의 구조물은, 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태의 구조물의 접촉하는 간격으로 배열되며 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 갖는, 세포의 이온채널 활성화용 구조체.1. A bottom surface and a pillar-shaped structure disposed on the bottom surface, wherein the pillar-shaped structure, the spacing of the contact between the two or three of the pillar-shaped structure immediately after the seeding (seeding) of the cell Arranged to have a height that the cells do not reach the bottom surface, the ion channel activation structure of the cell.
2. 위 1에 있어서, 상기 기둥 형태의 구조물은 세포가 시딩 직후 10시간 이하까지 2 내지 3개의 기둥 형태의 구조물과 접촉되는 간격을 갖는, 세포의 이온채널 활성화용 구조체.2. The structure of 1 above, wherein the columnar structure has an interval in which the cell is in contact with two to three columnar structures until 10 hours or less immediately after seeding, the ion channel activation structure of the cell.
3. 위 1에 있어서, 상기 기둥 형태의 구조물의 높이는 시딩되는 세포의 수직 단면의 최장 높이보다 큰, 세포의 이온채널 활성화용 구조체.3. In the above 1, wherein the height of the columnar structure is greater than the longest height of the vertical cross section of the seeded cells, the structure for ion channel activation of the cell.
4. 위 1에 있어서, 상기 기둥 형태의 구조물은 종횡비(aspect ratio)가 5 이상인, 세포의 이온채널 활성화용 구조체.4. In the above 1, wherein the columnar structure has an aspect ratio of 5 or more, the structure for ion channel activation of the cell.
5. 위 1에 있어서, 상기 세포는 심근 세포 또는 A549 세포 중에서 선택되는 적어도 하나인, 세포의 이온채널 활성화용 구조체.5. The method of 1 above, wherein the cell is at least one selected from cardiomyocytes or A549 cells, the ion channel activation structure of the cell.
6. 세포를 준비하는 단계; 바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 상기 기둥 형태의 구조물은, 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태 구조물에 접촉하는 간격으로 배열되며 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 갖는, 세포의 이온채널 활성화용 구조체에 상기 세포를 시딩하는 단계;를 포함하는 세포의 이온채널 활성화 방법.6. preparing the cells; A pillar-shaped structure disposed on the bottom surface and on the bottom surface, wherein the pillar-shaped structure is arranged at intervals at which cells contact two to three pillar-shaped structures immediately after seeding of the cells; And seeding the cells in a structure for ion channel activation of cells, the cells having a height that does not touch the bottom surface.
7. 위 6에 있어서, 상기 세포는 심근 세포 또는 A549 세포 중에서 선택되는 적어도 하나인, 세포의 이온채널 활성화 방법.7. The method of 6 above, wherein the cell is at least one selected from cardiomyocytes or A549 cells, ion channel activation method of cells.
8. 위 7에 있어서, A549 세포는 상기 세포의 이온채널 활성화용 구조체에 시딩된 후 이동성이 증가하는 기간을 갖는, 세포의 이온채널 활성화 방법.8. The method according to the above 7, wherein the A549 cells have a period of increasing mobility after seeding in the ion channel activation structure of the cell, the ion channel activation method of the cell.
9. 위 7에 있어서, 심근 세포는 상기 세포의 이온채널 활성화용 구조체에 시딩된 후 박동수가 증가되는, 세포의 이온채널 활성화 방법.9. The method according to the above 7, wherein the cardiomyocytes are seeded in the structure for ion channel activation of the cell, the heart rate is increased, the ion channel activation method of the cell.
10. 바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태의 구조물의 접촉하는 간격으로 배열되며, 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 갖는 기둥 형태의 구조물이 음각으로 패턴화된 탄성고분자를 포함하는 중간체 주형을 준비하는 제1단계; 상기 중간체 주형을 광경화성 수지 상에 각인시키고 30초 내지 5분 동안 빛을 조사하는 제2단계; 및 상기 광경화된 수지로부터 중간체 주형을 제거하는 제3단계;를 포함하는 세포의 이온채널 활성화용 구조체의 제조방법.10. A pillar-shaped structure disposed on the bottom surface and the bottom surface, and immediately after seeding of the cells, the cells are arranged at contact intervals of two to three pillar-shaped structures, wherein the bottom surface A first step of preparing an intermediate mold including an elastic polymer in which a pillar-shaped structure having a height of which cells do not touch is engraved in an intaglio; A second step of imprinting the intermediate mold on a photocurable resin and irradiating light for 30 seconds to 5 minutes; And a third step of removing the intermediate template from the photocured resin.
11. 위 10에 있어서, 상기 제1단계는 그 이전에 바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태의 구조물의 접촉하는 간격으로 배열되며 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 갖는 기둥 형태의 구조물을 실리콘웨이퍼 상에 형성하여 실리콘 마스터 주형을 준비하는 단계;를 더 포함하는 세포의 이온채널 활성화용 구조체의 제조방법.11. The method of 10 above, wherein the first step includes a pillar-shaped structure disposed on the bottom surface and the bottom surface before, and the cells form two to three pillars immediately after seeding of the cells. Preparing a silicon master template by forming a pillar-shaped structure having a height that does not touch cells on the bottom surface and arranged at a contact interval of the structure of the silicon wafer to prepare a silicon master template; Manufacturing method.
12. 위 10에 있어서, 상기 세포는 심근 세포 또는 A549 세포 중에서 선택되는 적어도 하나인, 세포의 이온채널 활성화용 구조체의 제조방법.12. The method according to the above 10, wherein the cell is at least one selected from cardiomyocytes or A549 cells, the method of manufacturing a structure for ion channel activation of cells.
본 발명의 마이크로미터 크기의 기둥 형태의 구조물이 규칙적으로 배열된 구조체는 세포의 형질을 전환시킬 수 있으며, 특히 이온채널을 활성화시킬 수 있다.The structure in which the micrometer-sized pillar-shaped structure of the present invention is regularly arranged may transform a cell's trait, and in particular, may activate an ion channel.
보다 구체적으로는 A549 세포의 경우 chemotaxis를 유발하여 세포의 이동속도를 증가시키며, 심근세포의 경우 심장박동속도를 빠르게 할 수 있다. More specifically, in the case of A549 cells, chemotaxis is induced to increase the movement speed of the cells, and in the case of cardiomyocytes, the heart rate can be increased.
도 1은 본 발명에 따른 기둥 형태의 구조물을 포함하는 세포의 이온채널 활성화용 구조체에 세포가 시딩되어 있는 상태의 일 예시를 나타낸 사시도이다(100: 바닥면, 200: 기둥 형태의 구조물).
도 2는 본 발명에 따른 세포의 이온채널 활성화용 구조체 상의 기둥 형태의 구조물과 관련된 치수의 정의를 나타낸 도이다.
도 3은 세포와 기둥 형태의 구조물의 간격과의 상관관계를 나타낸 것으로, (a)는 비교예 3, (b)는 본 발명의 실시예 1, (c)는 비교예 2, (d)는 비교예 1을 나타낸다.
도 4는 기둥 형태의 구조물의 높이(H)는 세포의 단면 중 최장 직경(CH)보다 크거나 거의 같은 상태일 때 최대의 효과를 나타낼 수 있음을 보여주는 도이다.
도 5는 A549 세포가 시딩된 후 10시간 이내(초기 상태)에 세포가 2개 내지 3개의 기둥 형태의 구조물과만 접촉하는 이온채널 활성화용 구조체에서 최대의 이동성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 기둥 형태의 구조물의 높이와 A549 세포의 이동속도와의 상관관계를 나타낸 것으로, 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1의 구조체를 비교하여 (a)에서는 배양 시간에 따른 A549 세포의 이동속도를 측정, (b)는 배양 시간에 따른 상처 넓이를 측정, (c)는 배양 시간에 따른 상처 치유율을 측정한 것이다.
도 7은 (a)는 Control(6-Well plate, Falcon), (b)는 비교예 1(flat, 기둥 형태의 구조물이 없는 구조체), (c)는 실시예 1(기둥 형태의 구조물의 직경 = 2 μm, 기둥 형태의 구조물의 중심간 거리 = 16 μm인 구조체)의 세포의 이온채널 활성화용 구조체에서 배양된 심근세포(cardiomyocytes)의 사진으로서, 일반 transmission 타입의 광학현미경 사진이다.
도 8은 비교예 1과 Control(6-Well plate, Falcon), 실시예 1을 비교하여 세포의 이온채널 활성화용 구조체에서 배양된 심근세포의 박동속도가 증가하는 것을 보여주는 그래프이다(** p<0.01, Tukey's test).
도 9는 심근 세포에서의 이온채널이 활성화되는 지를 단백질 발현을 통해 확인한 도이다. (a)는 cardiac marker인 cTnT(cardiac Troponin T)의 발현, (b)는 이온채널과 관련된 Automated beating의 marker인 HCN4(Hyperpolarization-activated Cyclic Nucleotide-gated channel 4), (c)는 이온채널과 관련된 Automated beating의 marker인 NCX1(Na+/Ca2+ Exchange 1)의 발현을 확인한 것이다. 비교예 1과 실시예 1을 배양 시간을 1주 및 2주로 나누어 비교 분석한 것이다.
도 10도 심근세포에서의 이온채널이 활성화되는 지를 단백질 발현을 통해 확인한 도이다. (a)는 심장의 이온채널에서의 탈분극과 관련된 marker들인 Nav1.5(Sodium channel, voltage-dependent) 및 Cav1.2(Calcium channel, voltage-dependent, L type, alpha 1C subunit)의 발현량을 실시예 1과 비교예 1을 배양 시간을 1주 및 2주로 나누어 비교 분석한 것이며, (b)는 재분극과 관련된 marker들인 hERG(human Ether- -go-go-Related Gene), Kv4.3(Potassium voltage-gated channel subfamily D member 3), Kv7.1(Potassium voltage-gated channel), Kir2.1(inward-rectifier potassium ion channel) 및 Kir2.2(inward-rectifier potassium ion channel)를 비교예 1과 실시예 1을 배양 시간을 1주 및 2주로 나누어 비교 분석한 것이다.1 is a perspective view illustrating an example of a state in which cells are seeded in an ion channel activation structure of a cell including a columnar structure according to the present invention (100: bottom, 200: columnar structure).
Figure 2 is a view showing the definition of the dimensions associated with the columnar structure on the structure for ion channel activation of the cell according to the present invention.
Figure 3 shows the correlation between the cell and the structure of the columnar structure, (a) is Comparative Example 3, (b) Example 1 of the present invention, (c) is Comparative Example 2, (d) Comparative Example 1 is shown.
4 is a view showing that the height (H) of the columnar structure can exhibit the maximum effect when the height (H) of the cross-section of the cell is greater than or substantially equal to the longest diameter (C H ).
FIG. 5 is a graph showing the maximum mobility in the ion channel activation construct in which cells contact only two to three pillar-shaped structures within 10 hours (initial state) after A549 cells are seeded.
Figure 6 shows the correlation between the height of the columnar structure and the movement speed of the A549 cells, comparing the structure of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1 (a) in the A549 cells according to the incubation time The movement speed is measured, (b) the wound area according to the culture time, (c) is the wound healing rate according to the culture time.
FIG. 7 shows (a) Control (6-Well plate, Falcon), (b) Comparative Example 1 (flat, structure without columnar structure), (c) Example 1 (diameter of columnar structure = 2 μm, the center-to-center distance of the columnar structure = 16 μm) of the cardiomyocytes cultured in the ion channel activation structure of the cells, the optical transmission picture of the general transmission type.
FIG. 8 is a graph showing that the beat rate of cardiomyocytes cultured in the ion channel activation construct of cells is increased by comparing Comparative Example 1 with Control (6-Well plate, Falcon), Example 1 (** p < 0.01, Tukey's test).
9 is a diagram confirming whether the ion channel in the cardiomyocytes is activated through protein expression. (a) is the cardiac marker, cTnT (cardiac Troponin T); Expression of NCX1 (Na + / Ca 2+ Exchange 1), a marker of automated beating, was confirmed. Comparative Example 1 and Example 1 is analyzed by dividing the culture time by 1 week and 2 weeks.
Figure 10 is also confirmed through the protein expression whether the ion channel is activated in the cardiomyocytes. (a) shows the expression levels of Nav1.5 (Sodium channel, voltage-dependent) and Cav1.2 (Calcium channel, voltage-dependent, L type, alpha 1C subunit) which are markers related to depolarization in the ion channel of the heart. Example 1 and Comparative Example 1 was compared and analyzed by dividing the culture time into 1 week and 2 weeks, (b) is the hERG (human Ether- ) markers associated with repolarization -go-go -Related Gene), Potassisium voltage-gated channel subfamily D member 3 (Kv4.3), Potassisium voltage-gated channel (Kv7.1), inward-rectifier potassium ion channel (Kir2.1), and Kir2.2 (Inward-rectifier potassium ion channel) is a comparative analysis of Comparative Example 1 and Example 1 by dividing the culture time by 1 week and 2 weeks.
본 발명의 일 실시예는 기둥 형태의 구조물을 포함한 세포의 이온채널 활성화용 구조체에 대한 것으로 세포의 이온채널의 활성화를 최대화할 수 있는 기하학적 구조 및 크기를 가짐으로써, 세포의 이온채널을 활성화시킬 수 있는 세포의 이온채널 활성화용 구조체를 제공한다.An embodiment of the present invention relates to a structure for activating a cell's ion channel, including a columnar structure, and has a geometry and size capable of maximizing activation of the cell's ion channel, thereby activating the cell's ion channel. It provides a structure for ion channel activation of the cells.
본 명세서에서, 용어 "이온채널"(ion channel)이란, 세포 내부와 외부의 이온이 순환하기 위해 필요한 막 단백질을 의미한다. 이온채널은 세포 내부에 필요한 이온 농도를 유지시키며, 이온의 이동을 조절하여 세포의 크기를 유지한다. 신경계를 이루는 세포인 뉴런에서는 신호전달을 준비하는 상태인 휴지막전위(resting membrane potential)를 유지하는 데 필요하며, 세포의 활성 상태 즉 세포 내 신경전달인 신경활성(action potential)에 역할을 한다. 기본적으로 모든 세포는 이온채널을 갖고 있으며 크게 2종류로 나뉘는데 이온성 단백질(ionophoric protein)과 이온 수송체이다.As used herein, the term "ion channel" refers to a membrane protein necessary for ions inside and outside the cell to circulate. The ion channel maintains the necessary ion concentration inside the cell, and controls the movement of ions to maintain the size of the cell. Neurons, which are the cells that make up the nervous system, are required to maintain the resting membrane potential, which is ready for signal transduction, and play a role in the cell's active state, ie, the neuron (action potential) that is intracellular neurotransmission. Basically, every cell has ion channels and is divided into two types: ionophoric protein and ion transporter.
본 명세서에서, 용어 "기둥 형태의 구조물 사이의 간격"은 인접한 서로 다른 기둥 형태의 구조물의 수평 단면의 중심 사이의 거리를 의미한다. 도 2에 "기둥 형태의 구조물 사이의 간격"의 정의가 개략적으로 도시되어 있다.As used herein, the term "space between pillar-shaped structures" means the distance between the centers of horizontal sections of adjacent different column-shaped structures. In figure 2 the definition of "gap between pillar-shaped structures" is schematically illustrated.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the following drawings attached to the present specification are intended to illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the contents of the present invention serves to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention described in such drawings It should not be construed as limited to matters.
도 1에는 본 발명의 세포의 이온채널 활성화용 구조체의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.Figure 1 schematically shows an embodiment of the ion channel activation structure of the cell of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 구조체의 일 실시예는 바닥면(100) 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물(200)을 포함한다.Referring to FIG. 1, an embodiment of a structure according to the present invention includes a
기둥 형태의 구조물(200)은 시딩된 세포를 지지하고 자극하여 세포의 형질 전환을 유도하는 기능을 한다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 기둥 형태의 구조물(200)은 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태의 구조물의 접촉하는 간격으로 배열되며 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 가질 수 있다. 기둥 형태의 구조물(200)이 상기 간격과 높이를 가지면 시딩된 세포의 이온 채널이 활성화될 수 있다.The pillar-shaped
보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 구조체의 일 실시예에 시딩된 세포는 기둥 형태의 구조물(200)에 의해 지지되지 않는 세포 하부가 큰 압축 응력을 받게 되는데, 이 경우 세포의 이온 채널이 활성화되는 것으로 생각된다. 다만 이는 예측일 뿐 이에 한정되어 해석되어서는 안된다.More specifically, the cells seeded in one embodiment of the structure according to the present invention are subjected to a large compressive stress in the lower part of the cell which is not supported by the
도 2는 시딩된 세포가 구조체와 접촉하는 다양한 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a schematic illustration of various examples of seeded cells contacting the construct.
도 2를 참고하면, (b)는 본 발명의 일 실시예에 대응되는 경우인 반면, (a)는 3개 초과의 다수 기둥 형태 구조물에 의해 지지되는 경우이고, (c)는 바닥면(100)에 세포가 닿는 경우이며, (d)는 기둥 형태의 구조물이 없는 비교예 1의 경우이다. 전술한 바와 같이 (b)의 경우에만 이온채널이 활성화될 수 있다.Referring to FIG. 2, (b) corresponds to an embodiment of the present invention, (a) is supported by more than three columnar structures, and (c) is the bottom surface 100. ) Is a case where cells touch, and (d) is a case of Comparative Example 1 without a columnar structure. As described above, the ion channel may be activated only in the case of (b).
도 3에는 기둥 형태의 구조물(200)의 간격, 수평 단면 직경 및 높이의 측정방법이 개략적으로 도시되어 있다.3 schematically shows a method of measuring the spacing, horizontal cross-sectional diameter and height of the
기둥 형태의 구조물(200) 간의 간격은 시딩된 직후 세포가 2개 내지 3개의 기둥 형태의 구조물(200)과 접촉되도록 제어되며, 상기 간격은 세포의 종류 또는 크기에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, A549 세포 또는 심근세포의 경우에는, 기둥 형태의 구조물(200)의 간격은 12 μm 내지 20 μm일 수 있으며, 바람직하게는 14 μm 내지 18 μm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The spacing between the pillar-shaped
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기둥 형태의 구조물(200)은 세포가 시딩 직후 10시간 이하까지 2 내지 3개의 기둥 형태의 구조물과 접촉되는 간격을 가질 수 있다. 기둥 형태의 구조물(200)이 상기 간격을 갖는 경우 시딩된 세포의 이온채널 활성화 정도가 더욱 극대화될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기둥 형태의 구조물(200)의 수평 단면 직경은 해당 구조물이 세포의 무게로 인해 견고하게 유지되지 못하고 휘어지거나 세포를 침투하지 않을 정도로 작아서는 아니되며, 시딩된 세포가 해당 구조물의 측면에 닿지 않으면서 상부에만 위치할 정도의 크기는 되지 않는 직경일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the horizontal cross-sectional diameter of the
따라서 상기 수평 단면 직경은 구체적인 세포의 종류에 따라 다를 수 있으나, 예를 들면, 1 μm 내지 3 μm일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.5 μm 내지 2.5 μm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Therefore, the horizontal cross-sectional diameter may vary depending on the specific cell type, for example, may be 1 μm to 3 μm, more preferably 1.5 μm to 2.5 μm, but is not limited thereto.
상기 1 μm 미만의 직경에서는 기둥 형태의 구조물이 세포막을 침투하거나 해당 구조물이 세포의 무게로 인해 견고하게 유지되지 못하고 쉽게 휘어질 수 있다.At a diameter of less than 1 μm, columnar structures may penetrate the cell membrane or the structures may be easily bent due to the weight of the cells.
또한, 3 μm 초과의 직경에서는 실질적인 인접한 기둥 사이의 공간이 좁아져서 세포와 바닥면 간의 상호작용을 나타내기 어려울 수 있으며, 기둥 상부에 넓은 편평한 공간을 가지므로 세포가 복수의 기둥 구조물에 걸쳐 부착되지 않고 하나의 구조물에만 부착될 수 있다.In addition, at diameters greater than 3 μm, the space between substantially adjacent pillars can be narrowed, making it difficult to show interactions between the cell and the bottom surface, and because of the large flat space on top of the pillars, the cells do not attach across multiple pillar structures. And can only be attached to one structure.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기둥 형태의 구조물(200)의 높이는 바닥면(100)에 시딩된 세포가 닿지 않는 높이일 수 있다. 예를 들면, 시딩되는 세포의 수직 단면 중 최장 높이보다 큰 높이일 수 있다. 기둥 형태의 구조물(200)이 시딩된 세포가 바닥면(100)에 닿지 않는 높이를 가져야 세포의 이온채널을 활성화시킬 수 있다. In one embodiment of the present invention, the height of the
기둥 형태의 구조물(200)의 높이의 구체적인 값은 시딩되는 세포의 종류에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, A549세포 또는 심근세포의 경우에 있어서, 상기 높이는 10 내지 16 μm일 수 있으며, 바람직하게는 12 내지 14 μm일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다. 도 4에는 세포의 수직 단면의 최장 높이와 기둥 형태의 구조물(200)의 높이의 관계가 개략적으로 도시되어 있다.The specific value of the height of the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기둥 형태의 구조물(200)은 종횡비(aspect ratio)가 5 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
여기서 종횡비(Aspect ratio)란, 기둥 형태의 구조물(200)의 직경과 높이의 비율을 의미한다. 예를 들어, 종횡비가 5인 구조체의 경우, 기둥 형태의 구조물의 직경과 높이의 비율이 5라는 의미로 직경이 2 μm이면, 높이는 10 μm일 수 있다.Here, the aspect ratio means the ratio of the diameter and the height of the
기둥 형태의 구조물(200)이 상기 종횡비를 갖는 경우 시딩된 세포의 이온채널 활성화 정도가 더욱 극대화될 수 있다.When the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기둥 형태의 구조물(200)의 소재는 유기물, 무기물 등에 제한되지 않으며, 세포독성이 없으며, 세포를 시딩했을 때 그 강도가 세포에 의해 휘어지지 않는 소재일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the material of the pillar-shaped
또한, 상기 소재는 세포의 관측과 배양이 용이하도록 투명하고 배양액을 담지할 수 있는 형태로 가공이 용이한 것이 유리할 수 있다.In addition, the material may be advantageous to be easily processed in a form that can support the culture and transparent to facilitate the observation and culture of the cells.
예를 들면, 투명한 광경화성 수지 조성물의 경화물, 경도가 조정된 PDMS, 실리카 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the cured product of the transparent photocurable resin composition, PDMS, hardness, etc. of which the hardness is adjusted may be included, but is not limited thereto.
바닥면(100)은 기둥 형태의 구조물(200)을 지지하며, 기둥 형태의 구조물(200)과 동일한 소재로 형성된 것일 수 있으며, 기둥 형태의 구조물(200)과 일체화된 것일 수도 있다.The
본 발명의 일 실시예에 있어서, 세포는 심근 세포 또는 A549 세포 중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.In one embodiment of the invention, the cells may be at least one selected from cardiomyocytes or A549 cells.
전술한 본 발명의 구조체에 세포를 시딩한 후 배양하면, 세포의 이온채널이 활성화될 수 있다. 세포의 이온채널이 활성화되면, 심근 세포의 경우 심박수가 증가할 수 있고, A549 세포의 경우 chemotaxis를 유발하여 세포의 이동성을 증가시킬 수 있다.When the cells are seeded and cultured in the above-described construct of the present invention, the ion channels of the cells may be activated. When the ion channel of the cell is activated, the heart rate can be increased in cardiomyocytes, and chemotaxis in A549 cells can increase cell mobility.
또한, 본 발명은 세포의 이온채널 활성화 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for activating an ion channel of a cell.
본 발명의 세포의 이온채널 활성화 방법에 따른 일 실시예는, 세포를 준비하는 단계; 바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 상기 기둥 형태의 구조물은, 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태 구조물의 접촉하는 간격으로 배열되며 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 갖는, 세포의 이온채널 활성화용 구조체에 상기 세포를 시딩하는 단계;를 포함한다.One embodiment according to the ion channel activation method of the cell of the present invention, preparing a cell; And a columnar structure disposed on the bottom surface, wherein the columnar structure is arranged at intervals at which cells are in contact with two to three columnar structures immediately after seeding of the cells. And seeding the cells in a structure for ion channel activation of cells, the cells having a height that does not reach the bottom surface.
본 발명의 세포의 이온채널 활성화 방법에 따른 일 실시예는 준비된 세포를 전술한 본 발명의 구조체에 시딩하고 배양함으로써 수행될 수 있다.One embodiment according to the ion channel activation method of the cells of the present invention can be carried out by seeding and culturing the prepared cells in the above-described structure of the present invention.
본 발명의 이온채널 활성화 방법의 일 실시예에 적용될 수 있는 세포는 특별한 제한은 없으나, 예를 들면 심근 세포 또는 A549 세포 중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.Cells that can be applied to one embodiment of the ion channel activation method of the present invention is not particularly limited, for example, may be at least one selected from cardiomyocytes or A549 cells.
전술한 바와 같이, 세포의 이온채널이 활성화되면, 심근세포의 경우 심박수가 증가할 수 있고, A549세포의 경우 chemotaxis를 유발하여 세포의 이동성을 증가시킬 수 있다. As described above, when the ion channel of the cell is activated, the heart rate may be increased in the case of cardiomyocytes, and the mobility of the cell may be increased in the case of A549 cells by inducing chemotaxis.
또한, 본 발명은 세포의 이온채널 활성화용 구조체의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a structure for ion channel activation of a cell.
본 발명의 세포의 이온채널 활성화용 구조체의 제조방법의 일 실시예는,One embodiment of the method for producing a structure for ion channel activation of a cell of the present invention,
바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태의 구조물의 접촉하는 간격으로 배열되며, 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 갖는 기둥 형태의 구조물이 음각으로 패턴화된 탄성고분자를 포함하는 중간체 주형을 준비하는 제1단계; 상기 중간체 주형을 광경화성 수지 상에 각인시키고 30초 내지 5분 동안 빛을 조사하는 제2단계; 광경화된 수지로부터 중간체 주형을 제거하는 제3단계;를 포함할 수 있다.A pillar-shaped structure disposed on the bottom surface and the bottom surface, and immediately after seeding of the cells, the cells are arranged at contact intervals of two to three pillar-shaped structures, and the cells on the bottom surface A first step of preparing an intermediate mold including an elastic polymer in which a pillar-shaped structure having a height which does not reach is engraved in an intaglio; A second step of imprinting the intermediate mold on a photocurable resin and irradiating light for 30 seconds to 5 minutes; And a third step of removing the intermediate template from the photocured resin.
상기 중간체 주형은 액체인 원료에 열 또는 빛 등의 자극을 가하여 고형화할 수 있으며, 생성된 주형은 실온에서 고체로 존재하는 물질로 제조할 수 있다. 액체인 원료를 사용하면 마스트 몰드의 형태를 간직하여 고형화할 수 있다. 또한 상기 주형은 탄성고분자를 포함하는 소재로 제조하여 고형화된 구조물이 탄성을 가져 제3단계인 최종 기둥형태의 구조물로부터 중간체 주형을 제거하는 단계를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 이들 소재로 제조된 중간체 주형은 탈착 후 주형의 잔여물이 거의 남지 않으며, 분리된 중간체 주형도 원형을 유지하므로 계속 반복하여 사용할 수 있다. 상기 탄성고분자의 예는 PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리스티렌계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 폴리염화비닐계 고분자, 폴리우레탄계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 콜라겐, 하이드로겔, 고형화 가능한 탄소 및 실리콘러버 등이 있으나 이에 제한되지 않는다.The intermediate mold may be solidified by applying heat or light to a raw material which is a liquid, and the resulting mold may be made of a material present as a solid at room temperature. The use of a liquid raw material allows solidification of the shape of the mast mold. In addition, the mold may be made of a material containing an elastic polymer to facilitate the step of removing the intermediate mold from the structure of the final column, which is the third step, so that the solidified structure has elasticity, The intermediate mold has almost no residue after the desorption, and the separated intermediate mold also maintains its original shape and can be used repeatedly. Examples of the elastomeric polymer include polydimethylsiloxane (PDMS), polystyrene-based polymer, polyolefin-based polymer, polyvinyl chloride-based polymer, polyurethane-based polymer, polyester-based polymer, polyamide-based polymer, collagen, hydrogel, solidifying carbon and silicone rubber And the like, but are not limited thereto.
구체적으로, 상기 제1단계는 그 이전에 바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태의 구조물의 접촉하는 간격으로 배열되며 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 갖는 기둥 형태의 구조물을 실리콘웨이퍼 상에 형성하여 실리콘 마스터 주형을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘 마스터 주형의 형성은 당업계에 공지된 미세 패턴기술을 제한없이 이용하여 수행할 수 있다. 예컨대, 포토리소그래피 및 심도반응성 이온식각(deep reactive ion etching; deep RIE) 또는 용액 에칭 공정(wet etching)에 의해 형성할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 마스터 주형의 표면에 소수성을 부여하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Specifically, the first step includes a bottom surface and a columnar structure disposed on the bottom surface, and immediately after seeding of the cells, the cell contacts two to three of the columnar structures. The method may further include preparing a silicon master mold by forming a pillar-shaped structure having a height that does not touch cells on the bottom surface and arranged on the silicon wafer. Formation of the silicon master mold can be carried out using any of the fine patterning techniques known in the art without limitation. For example, it may be formed by photolithography and deep reactive ion etching (deep RIE) or wet etching. The method may further include providing hydrophobicity to the surface of the silicon master mold.
상기 소수성의 부여는 표면을 소수성화할 수 있는 옥타데실실란(octadecylsilane; OTS) 또는 트리클로로퍼플루 오로옥틸실란(trichloro(1H, 2H, 2H-perfluorooctyl)silane) 등으로 처리하여 이에 의해 형성되는 자기조립단층(self-assembled monolayer; SAM)으로 기능화(functionalize)함으로써 달성될 수 있다. 상기 소수성 처리를 함으로써, 추후 제1단계를 통해 마스터 주형으로부터 형성되는 PDMS 중간체 주형의 분리를 용이하게 할 수 있다.The provision of the hydrophobicity is a self-assembly formed by treating with octadecylsilane (OTS) or trichloroperfluorooctylsilane (trichloro (1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) silane) which can hydrophobize the surface. This can be accomplished by functionalizing with a self-assembled monolayer (SAM). The hydrophobic treatment can facilitate the separation of the PDMS intermediate template formed from the master template later in the first step.
바람직하게, 제1단계로부터 준비한 중간체 주형을 반복하여 사용할 수 있는 것이 특징이다. 본 발명의 PDMS 중간체 주형은 최종 고분자 구조물의 분리가 용이할 뿐만 아니라, 10회 이상 반복하여 사용하여도 물리적 및/또는 화학적 성질의 변화를 나타내지 않으므로, 본 발명에 따른 세포 배양 기재의 대량생산의 유용하게 사용할 수 있다. 특히, 고가의 실리콘 마스터 주형으로부터 1회 제조하여 여러 번 반복하여 사용할 수 있으므로, 경제적인 이점도 있다. Preferably, the intermediate template prepared from the first step can be used repeatedly. The PDMS intermediate template of the present invention not only facilitates separation of the final polymer structure, but also exhibits no change in physical and / or chemical properties even after repeated use over 10 times, which is useful for mass production of cell culture substrates according to the present invention. Can be used. In particular, since it can manufacture once from an expensive silicone master mold and can use it repeatedly, there are also economic advantages.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but these examples are only for exemplifying the present invention, and do not limit the appended claims, but are within the scope and spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made to the present invention, and such modifications and changes belong to the appended claims.
실시예Example 1 One
규칙적으로 배열된 기둥을 포함하는 세포배양 시스템에서 기둥의 크기 및 간격이 상기 시스템 상에서 배양되는 세포에 미치는 영향을 확인하기 위하여 기둥의 규모(dimension)를 계획적으로 변화시켜 제작하였다.In a cell culture system including regularly arranged pillars, the size of the pillars was deliberately changed to determine the effect of the pillar size and spacing on the cells cultured on the system.
먼저, 8인치 실리콘웨이퍼 상에 포토리소그래피 및 용액 식각 공정으로 패턴화(patterning)하여 마스터 주형(master mold)을 제조하였다. 상기 마스터 기둥 구조물의 제조는 한국의 National Nanofab Center에서 실시하였다. 표면 소수성을 부여하기 위하여 상기 제조된 실리콘 기둥 어레이를 트리클로로퍼플루오로옥틸실란 (trichloro(1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane)의 기조립단층(self-assembled monolayers; SAM)으로 기능화(functionalize)하였다. 폴리디메틸실록산 중간체 주형(polydimethylsiloxane(PDMS) intermediate mold)의 용이한 분리를 위하여 소수성 SAM 처리가 요구된다. 이후, 10:1 경화제(curing agent)와 혼합한 PDMS를 SAM-기능화된 Si 마스터 주형 상에 붓고, 80℃에서 4시간 동안 경화시켜, 중간체 PDMS 주형을 제조하였다. 최종 고분자 구조물의 편리한 분리(convenient release)를 위해 중간체 PDMS 마스터 주형을 도입하였으며, PDMS 중간체 주형은 여러 번 반복하여 사용할 수 있으므로(심한 성능 저하 없이(without too much of degrading) 10회 이상 사용할 수 있다), Si 마스터를 직접 사용하는 것보다 경제적으로 이점이 있다. First, a master mold was prepared by patterning the photolithography and solution etching processes on an 8-inch silicon wafer. The master pillar structure was manufactured at the National Nanofab Center in Korea. In order to impart surface hydrophobicity, the prepared silicon pillar array was functionalized with self-assembled monolayers (SAM) of trichloroperfluorooctylsilane (trichloro (1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) silane). . Hydrophobic SAM treatment is required for easy separation of polydimethylsiloxane (PDMS) intermediate molds. Thereafter, PDMS mixed with a 10: 1 curing agent was poured onto the SAM-functionalized Si master mold and cured at 80 ° C. for 4 hours to prepare an intermediate PDMS mold. An intermediate PDMS master template was introduced for convenient release of the final polymer structure, and the PDMS intermediate template can be used multiple times (without too much of degrading more than 10 times). However, there is an economical advantage over using the Si master directly.
마지막으로, 표적 기재(targetsubstrates; PET) 상에 UV-경화성 수지(NOA 63 from Norland Products)를 도포하여 수지층을 형성하였다. 형성된 수지층을 상기 제조된 PDMS 중간체 주형으로 가압하여 주형에 형성된 기둥 구조물 형태를 수지층으로 전사하였다. 다음으로 UV 램프를 1분 동안 조사하여 상기 UV-경화성 수지를 경화시켰다. 이후, PDMS 중간체 주형을 시료로부터 떼내어 PET 상에 UV-경화성 수지로 형성된 최종 기둥 구조물을 포함하는 구조체를 얻었다. 얻어진 기둥 형태 구조물의 수평 단면의 직경은 2 μm, 기둥 형태 구조물간의 간격은 16 μm, 높이는 13 μm이었다.Finally, a UV-curable resin (NOA 63 from Norland Products) was applied onto targetsubstrates (PET) to form a resin layer. The resin layer formed was pressurized with the PDMS intermediate mold prepared above to transfer the pillar structure form formed on the mold to the resin layer. Next, a UV lamp was irradiated for 1 minute to cure the UV-curable resin. Thereafter, the PDMS intermediate template was removed from the sample to obtain a structure including the final pillar structure formed of UV-curable resin on PET. The diameter of the horizontal cross section of the obtained columnar structure was 2 μm, the spacing between the columnar structures was 16 μm, and the height was 13 μm.
PET 기재(substrate) 상에 형성한 기둥 구조물을 포함하는 구조체는 상용화된 6-웰 플레이트(Falcon)의 각 웰에 삽입할 수 있는 크기로 절단하여 6-웰 플레이트에 삽입하였다.The structure including the pillar structure formed on the PET substrate was cut into a size that can be inserted into each well of a commercially available 6-well plate (Falcon) and inserted into the 6-well plate.
비교예Comparative example 1 One
UV-경화성 수지층에 기둥 형태의 구조물(200)을 형성하지 않고 그대로 경화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 구조체를 제작하였다.The structure was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the
비교예Comparative example 2 2
기둥 형태의 구조물의 높이가 2 μm 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 구조체를 제작하였다.The structure was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the height of the columnar structure was 2 μm.
비교예Comparative example 3 3
기둥 형태의 구조물의 간격이 5 μm 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 구조체를 제작하였다.The structure was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the spacing of the columnar structures was 5 μm.
실험예Experimental Example
1. 세포의 이온채널 활성화용 구조체에서 성장된 A549 세포의 기둥의 높이에 따른 세포의 이동성 평가1.Evaluation of Cell Mobility According to Column Height of A549 Cells Grown in Cell Ion Channel Activation Construct
(1) 실험 방법(1) Experiment Method
A549 세포(초기 상태)를 실시예 1 및 비교예들의 구조체에 시딩하고 배양하였다. 실시예 1의 경우 A549 세포가 2 내지 3개의 기둥 형태의 구조물에 의해 지지되는 것을 확인하였다(도 5). 이후 배양시간에 따른 세포의 이동성, 세포가 자란 표면에 상처를 내어 세포를 제거한 후, 세포가 움직여서 그 빈 자리를 채우는데 걸리는 시간을 측정하는 방법으로서, 세포의 이동속도를 측정하는 표준 방법인 wound healing 법에 따라 상처 넓이 및 상처 치유율을 평가하였다.A549 cells (initial state) were seeded and cultured in the constructs of Example 1 and Comparative Examples. In Example 1 it was confirmed that the A549 cells are supported by two to three columnar structures (FIG. 5). Since the cell mobility according to the incubation time, the wound to the surface where the cell was grown to remove the cell, and then the time it takes for the cell to move to fill the empty space, the standard method of measuring the movement speed of the wound wound Wound area and wound healing rate were evaluated according to the healing method.
(2) 실험 결과(2) experimental results
A549 세포가 시딩된 후 10시간 이내(초기 상태)에 세포가 2 내지 3개의 기둥 형태의 구조물과만 접촉하는 이온채널 활성화용 구조체에서 이동성이 최대로 나타나는 것을 확인할 수 있었다(도 5).Within 10 hours after the seeding of the A549 cells (initial state), it was confirmed that the mobility of the ion channel activation constructs in which the cells were in contact with only two to three pillar-shaped structures was maximized (FIG. 5).
또한, 배양 시간에 따른 세포의 이동성을 비교예 1, 2 및 실시예 1의 구조체를 비교하였을 때, 배양시간 30시간까지는 실시예 1의 구조체에서 배양된 세포가 가장 높은 이동성을 보임을 확인할 수 있었다(도 6a).In addition, when the cell mobility according to the culture time is compared with the structures of Comparative Examples 1, 2 and Example 1, it was confirmed that the cells cultured in the structure of Example 1 shows the highest mobility until the
상처 넓이의 경우 실시예1, 비교예 1, 비교예 2의 순서로 가장 빠르게 작아짐을 알 수 있었고(도 6b), 상처 치유율의 경우 실시예 1, 비교예 2, 비교예 1 순으로 높아지는 것을 확인할 수 있었다(도 6c).In the case of the wound area was found to be the smallest in the order of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2 (Fig. 6b), the wound healing rate was confirmed to increase in the order of Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 1. Could be (FIG. 6C).
이를 종합하여 볼 때, 실시예 1에서 시딩된 A549 세포는 이온채널이 활성화됨을 알 수 있었다.Taken together, it can be seen that the A549 cells seeded in Example 1 were activated with ion channels.
2. 세포의 이온채널 활성화용 구조체에서 성장된 2. Grown in the structure for ion channel activation of cells cardiomyocytecardiomyocyte 세포의 심박수 증가 평가 Assessment of cell heart rate increase
(1) 실험 방법(1) Experiment Method
심근세포를 실시예 1 및 비교예들의 구조체에 시딩하였다. 실시예 1의 경우 심근 세포가 2 내지 3개의 기둥형태의 구조물에 의해 지지되는 것을 확인하였으며, 비교예 1과 비교하기 위해 현미경 사진을 촬영했다(도 7).Cardiomyocytes were seeded into the constructs of Example 1 and Comparative Examples. In Example 1, the cardiomyocytes were confirmed to be supported by two to three columnar structures, and micrographs were taken to compare with Comparative Example 1 (FIG. 7).
실시예 1 및 비교예 1에의 시딩 후 심근 세포의 분당 심박수를 측정하여, 그 결과를 도 8에 그래프로 나타내었다.Heart rate per minute of cardiomyocytes after seeding in Example 1 and Comparative Example 1 was measured, and the results are shown graphically in FIG. 8.
또한, 비교예 1 및 실시예 1에 시딩 후 이온채널이 활성화되었음을 알 수 있는 marker들의 유전자 발현 정도를 측정하여, 도 9, 도 10에 그래프로 나타내었다.In addition, the gene expression level of the markers indicating that the ion channel was activated after seeding in Comparative Example 1 and Example 1 was measured, and the graphs are illustrated in FIGS. 9 and 10.
상기 마커들은 cardiac marker인 cTnT(cardiac Troponin T), 는 이온채널과 관련된 Automated beating의 marker인 HCN4(Hyperpolarization-activated Cyclic Nucleotide-gated channel 4), NCX1(Na+/Ca2 + Exchange 1), 심장의 이온채널에서의 탈분극과 관련된 marker들인 Nav1.5(Sodium channel, voltage-dependent) 및 Cav1.2(Calcium channel, voltage-dependent, L type, alpha 1C subunit), 재분극과 관련된 marker들인 hERG(human Ether- -go-go-Related Gene), Kv4.3(Potassium voltage-gated channel subfamily D member 3), Kv7.1(Potassium voltage-gated channel), Kir2.1(inward-rectifier potassium ion channel) 및 Kir2.2(inward-rectifier potassium ion channel)이다.These markers are cardiac marker cTnT (cardiac Troponin T), hyperpolarization-activated Cyclic Nucleotide-gated channel 4 (HCN4), NCX1 (Na + / Ca 2 + Exchange 1), a marker of automated beating associated with ion channels Nav1.5 (Sodium channel, voltage-dependent) and Cav1.2 (Calcium channel, voltage-dependent, L type, alpha 1C subunit) markers related to depolarization in ion channels, hERG (human Ether- ) markers related to repolarization -go-go -Related Gene), Potassisium voltage-gated channel subfamily D member 3 (Kv4.3), Potassisium voltage-gated channel (Kv7.1), inward-rectifier potassium ion channel (Kir2.1), and Kir2.2 (inward-rectifier potassium ion channel).
(2) 실험결과(2) Experiment result
도 8을 참고하면, 비교예 1에 시딩된 심근 세포의 분당 심박수보다 실시예 1에 시딩된 심근 세포의 분당 심박수가 높음을 알 수 있었다.Referring to FIG. 8, it could be seen that the heart rate per minute of the cardiomyocytes seeded in Example 1 was higher than that of cardiomyocytes seeded in the comparative example 1.
도 9를 참고하면, cTnT, HCN4는 비교예 1에서보다 실시예 1에서 시딩된 세포가 더 적게 발현됨을 알 수 있었고, NCX1은 비교예 1에서보다 실시예 1에서 시딩된 세포가 더 많이 발현됨을 알 수 있었다.Referring to FIG. 9, cTnT and HCN4 were found to express less seeded cells in Example 1 than in Comparative Example 1, and NCX1 expressed more seeded cells in Example 1 than in Comparative Example 1. Could know.
도 10을 참고하면, Nav1.5는 1w에서는 실시예 1에서 시딩된 세포에서 발현량이 더 많았으나, 2w에서는 비교예 1에서 시딩된 세포에서 발현량이 더 많았다. Referring to FIG. 10, Nav1.5 was expressed more in the seeded cells in Example 1 at 1w, but was expressed in the cells seeded in Comparative Example 1 at 2w.
또, Cav1.2, Kir2.2는 실시예 1에서보다 비교예 1에서 시딩된 세포에서 발현량이 더 많았다. In addition, Cav1.2 and Kir2.2 had more expression in the cells seeded in Comparative Example 1 than in Example 1.
hERG의 경우, 1w에서는 비교예 1에서 시딩된 세포에서 발현량이 더 많았으나, 2w에서는 실시예 1에서 시딩된 세포에서 발현량이 더 많았다.In the case of hERG, the expression amount of cells seeded in Comparative Example 1 was higher in 1w, but the expression amount of cells seeded in Example 1 was higher in 2w.
또한, Kv4.3, Kv7.1, Kir2.1의 경우 실시예 1의 경우가 발현량이 더 많았다.In addition, in the case of Kv4.3, Kv7.1, Kir2.1, the expression amount was higher in Example 1.
이를 종합하여 볼 때, 실시예 1에서 시딩된 심근 세포의 경우 NCX, hERG, Kir2.1와 같이 심근세포의 성숙화와 관련된 이온채널이 보다 더 활성화된다는 것을 확인할 수 있었다.Taken together, it can be seen that in the cardiomyocytes seeded in Example 1, ion channels related to the maturation of the cardiomyocytes such as NCX, hERG, Kir2.1 are more activated.
Claims (12)
A pillar-shaped structure disposed on the bottom surface and the bottom surface, wherein the pillar-shaped structure is arranged at contact intervals of two to three of the pillar-shaped structures immediately after seeding of the cells; Structure having an ion channel activation of the cell, the cell has a height that does not touch the bottom surface.
The structure of claim 1, wherein the columnar structure has a gap in which the cell is in contact with two to three columnar structures until 10 hours or less immediately after seeding.
The structure of claim 1, wherein the height of the columnar structure is greater than the longest height of the vertical cross section of the seeded cell.
The structure of claim 1, wherein the columnar structure has an aspect ratio of 5 or more.
The structure of claim 1, wherein the cell is at least one selected from cardiomyocytes or A549 cells.
바닥면 및 상기 바닥면 상에 배치된 기둥 형태의 구조물을 포함하고, 상기 기둥 형태의 구조물은, 세포의 시딩(seeding) 직후에 세포가 2 내지 3개의 상기 기둥 형태 구조물에 접촉하는 간격으로 배열되며 상기 바닥면에 세포가 닿지 않는 높이를 갖는, 세포의 이온채널 활성화용 구조체에 상기 세포를 시딩하는 단계;
를 포함하는 세포의 이온채널 활성화 방법.
Preparing cells;
A pillar-shaped structure disposed on the bottom surface and on the bottom surface, wherein the pillar-shaped structure is arranged at intervals at which cells contact two to three pillar-shaped structures immediately after seeding of the cells; Seeding the cells in a structure for ion channel activation of cells, the cells having a height that does not reach the bottom surface;
Ion channel activation method of a cell comprising a.
The method of claim 6, wherein the cell is at least one selected from cardiomyocytes or A549 cells.
The method of claim 7, wherein the A549 cell has a period of increasing mobility after seeding the ion channel activation construct of the cell.
The method according to claim 7, wherein the cardiomyocytes are seeded in the ion channel activation structure of the cell, the heart rate is increased, the ion channel activation method of the cell.
상기 중간체 주형을 광경화성 수지 상에 각인시키고 30초 내지 5분 동안 빛을 조사하는 제2단계; 및
상기 광경화된 수지로부터 중간체 주형을 제거하는 제3단계;를 포함하는 세포의 이온채널 활성화용 구조체의 제조방법.
A pillar-shaped structure disposed on the bottom surface and the bottom surface, and immediately after seeding of the cells, the cells are arranged at contact intervals of two to three pillar-shaped structures, and the cells on the bottom surface A first step of preparing an intermediate mold including an elastic polymer patterned in an engraved structure of a columnar structure having a height that is not touched;
A second step of imprinting the intermediate mold on a photocurable resin and irradiating light for 30 seconds to 5 minutes; And
And a third step of removing the intermediate template from the photocured resin.
The structure of claim 10, wherein the first step includes a bottomed structure and a columnar structure disposed on the bottom surface, wherein the cells have two or three pillar-shaped structures immediately after seeding. Preparing a silicon master template by forming a pillar-shaped structure having a height in which the cells do not reach the bottom surface and contacting the bottom surface of the silicon wafer, thereby preparing a silicon master template; Way.
The method of claim 10, wherein the cell is at least one selected from cardiomyocytes or A549 cells.
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KR20140050514A (en) | 2012-10-19 | 2014-04-29 | 소마아루 가부시끼가이샤 | Cell culture substrate, and cell culturing method using the substrate and method for inducing differentiation of pluripotent stem cells using the substrate |
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