엠베로이드

Embryoid body
text
서스펜션 배양액에서 EB의 위상 이미지.개별 EB는 약 1000 mESC로 구성된다.
세포가 강화녹색 형광 단백질-발현성 단백질-자생적으로 심장근육세포들을 박동하는 것으로 분화된 발생성 몸체.

발생체(EB)는 전능 줄기세포의 3차원 집합체다.

EB는 인간 배아줄기세포를 세 개의 배아 세균층을 위태롭게 하는 발생성 체로 분화하는 것이다.

배경

태아 체질을 구성하는 전지전능 세포 유형에는 쥐(mESC),[1][2] 영장류,[3] 인간(hESC)[4] 선원에서 배아의 배반세포 단계에서 파생된 배아줄기세포(ESC)가 있다.또한 EB는 체세포 핵이식이나[5][6][7] 유도 만능줄기세포(iPS)를 산출하기 위한 체세포 재프로그래밍 등 대체 기법을 통해 도출된 배아줄기세포로부터 형성될 수 있다.[8][9][10][11]모노레이어 형식으로 배양된 ESC와 유사하게, 발생체 내 ESC는 모든 체세포 유형을 구성하는 내막, 외막, 중막의 세 가지 세균 라인을 따라 분화와 세포 사양을 거친다.[12][13]

그러나, 모노레이어 문화와 대조적으로 ESCs Aggregate 시 형성되는 spheroid 구조는 EBs의 비독점적 문화를 중지하여 EB 문화를 본질적으로 확장 가능하게 하며, 이는 생물 처리 접근법에 유용하며, 잠재적인 임상 응용을 위해 많은 양의 세포가 생산될 수 있다.[14]또한 EBs는 크게 구별되는 세포 유형의 이질적인 패턴을 보이지만 ESC는 배아 발달을 직접 하는 유사한 단서에 대응할 수 있다.[15]따라서 EB 마이크로 환경 내에서 복잡한 세포 접착과 파라신 신호의 확립을 포함한 3차원 구조는 고유 조직 구조와 유사한 미세조직을 생성하는 분화와 형태생성을 가능하게 한다.[16]이러한 미세결과는 의약품 산업의 체외검사 및 배아발달 모델로서 재생의학 응용분야에서 손상되거나 병든 조직을 직간접적으로[15][17][18] 치료할 수 있을 것으로 기대된다.

포메이션

EB는 미분화 ESC에 고도로 표현되는 Ca2+ 종속 접착 분자 E-cadherin동음질 결합에 의해 형성된다.[19][20][21]반차별화 요인이 없는 상태에서 단일 세포로 배양되면 ESC는 자연적으로 집합하여 EB를 형성한다.[19][22][23][24]이러한 자발적 형성은 종종 배양 기질이 아닌 단일 세포 사이의 우선적 접착을 촉진하기 위해 접시를 한천 또는 친수성 고분자와 같은 비접착 물질로 코팅하는 벌크 서스펜션 문화에서 이루어진다.hESC는 단일 세포로 배양될 때 사멸을 겪기 때문에, EB 형성은 종종 작은 분자 Y-27632와[25] 2,4의 방부 티아졸(Tiazovivin/Tzv)을 포함한 rho 관련 키나제(ROCK) 경로의 억제제 사용이 필요하다.[26]또는 단일 세포로의 분리를 피하기 위해, EB는 hESC로부터 일관성 있는 군락(또는 군락 지역)의 수동 분리에 의해 형성되어 그 후에 중단상태에서 배양될 수 있다.보류 중인 EB의 형성은 대량의 EB의 형성에 순응할 수 있지만, 결과적인 골재의 크기에 대한 제어력을 거의 제공하지 못하여 종종 크고 불규칙한 형태의 EB로 이어진다.대안으로 혼합문화 플랫폼에 전달되는 유체역학력은 ESC가 대량정지 내에서 접종될 때 EB 크기의 동질성을 증가시킨다.[27]

또한 EB의 형성은 페트리 접시 뚜껑에 매달려 있는 한 방울(10-20µL)[21] 내에서 알려진 세포 밀도의 접종을 통해 보다 정밀하게 제어할 수 있다.이 방법은 드롭당 셀 수를 변경하여 EB 크기를 조절할 수 있지만, 교수형 드롭의 형성은 노동 집약적이며 확장 가능한 문화에 쉽게 순응할 수 없다.또한, 전통적인 교수형 드롭 형식에서는 미디어를 쉽게 교환할 수 없기 때문에 형성 2-3일 후에 교수형 드롭을 벌크 서스펜션 문화로 옮겨야 하며, 이 경우 개별 EB가 응집하는 경향이 있다.최근에는 변형된 교수형 드롭 형식 내에서 미디어 교류가 가능하도록 새로운 기술이 개발되고 있다.[28]또한 ESC를 개별 우물 내에 강제집합하거나 접착 기판에 국한하여 물리적으로 세포를 분리하는 기술도 개발되어 처리량 증가, EB의 제어형성 등이 가능해졌다.[29][30][31][32]궁극적으로, EB 형성에 사용되는 방법은 분화 궤적뿐만 아니라 집합 운동학, EB 크기 및 수율의 측면에서 EB 모집단의 이질성에 영향을 미칠 수 있다.[31][33][34]

EB 내 차별화

ESC 분화 프로토콜의 맥락 안에서, EB 형성은 세 가지 세균 선에 대한 자발적 분화를 개시하는 방법으로 자주 사용된다.EB 분화는 원시 내피 표현형을 향한 외부 세포의 사양에서 시작된다.[35][36]이후 외부 세포는 지하막의 구성과 구조와 유사한 [37][38]콜라겐 IV라미네인을 함유한 세포외 매트릭스(ECM)를 침전시킨다.ECM 증착에 대응하여 EB는 낭포성 공동체를 형성하는 경우가 많으며, 여기서 지하막과 접촉하는 세포는 생존할 수 있고 내부의 세포는 세포에 둘러싸인 유체가 채워진 공동이 된다.[39][40][41]이후 분화가 진행되어 세 가지 세균 계열의 파생 모델이 형성된다.보충제가 없는 경우 ESC의 "디폴트" 차별화는 주로 ectoderm과 그에 따른 신경계 라인화를 지향한다.[42]다만, 태아 소세럼 사용과 더불어 확정성장인자 첨가제 등 대체매체 구성은 중간재내분자 선에 대한 차별화를 촉진하기 위해 개발되었다.[43][44][45]

3차원 EB 구조의 결과, 상피 세포군 및 중피 세포군 모두의 외관, 상피-망상 전이(EMT)와 관련된 표지의 외관 등 EB 분화 중에 복합 형태생성이 발생한다.[46][47]또한, EBs에서 세포군 사이의 신호에 의한 유도 효과는 공간적으로 그리고 일시적으로 정의된 변화를 초래하여 복잡한 형태생성을 촉진한다.[48]발달한 배아에서 초기 혈관 구조를 연상시키는 혈액섬의 출현과 더불어, EBs가 p일 때 뉴런 확장(뉴런 조직의 의미)과 자발적 수축 활성(심장균 분화의 의미)의 패터닝 등, 조직과 같은 구조가 EBs 내에 전시되는 경우가 많다.젤라틴과 같은 접착성 기판에 붙인다.[13]보다 최근에는, EB 분화에 의해 시신 컵과 같은 구조물을 포함한 복잡한 구조물이 체외에서 생성되었다.[49]

배아 발육과 유사함

배아줄기세포 분화와 형태생식에 중심적인 연구의 많은 부분은 발달 생물학과 포유류 발생에 관한 연구에서 도출된다.[15]예를 들어, (ESC가 파생되는) 배반세포 발달 단계 직후 배아는 분화를 겪으며, 여기서 내부 세포 질량의 세포 사양에 의해 저모세포와 경피세포가 형성된다.[50]후에 이식 후 발달에서 전축과 후축이 형성되고 배아는 원시적인 줄기로 알려진 과도 구조를 발달시킨다.[51]원시행렬의 형성 및 이동 중에 발생하는 공간패터닝의 상당 부분은 Wnt변환성장인자 β(TGFβ) 계열의 성장인자(Lefty 1, Nodal)와 같은 분자의 억제인자(Dkkk-1, S)를 포함한 다양한 세포군에 의한 작용제길항제들의 분비에 기인한다.frp1, Sfrp5).[52][53][54]발생원인과 ESC 분화의 유사성 때문에, 동일한 성장 요인 중 다수가 지시된 분화 접근법의 중심이다.

게다가, EB문화의 발전 배아 organoids(Gastruloids)는 배아 development[55][56][57][58][59]에 symmetry-breaking,localised 단미증 표현, 배아 축(, 등에서 배에 이르는, 레프트-라이트는 전후 방향의)의 형성과gastrulation-like 이사 와 같은 놀라운 유사성을 보여 주의 발전을 가져왔다.ments.[55][56][57]

차별화를 이끌기 위한 과제

수용성 형태균과 세포외 미세환경을 정밀하고 균일하게 제어할 수 있는 단층문화에서의 ESC의 차별화와는 대조적으로, EBs의 3차원 구조는 방향화된 차별화에 도전장을 내민다.[16][60]예를 들어, EB의 외부를 형성하는 내장 내분자 집단은 촘촘하게 연결된 상피 세포와 밀도 높은 ECM으로 구성된 외부 "껍질"을 생성한다.[61][62]그러한 물리적 제한으로 인해 EB 크기와 결합하여 EB 내에서 이동 제한이 발생하여 형태균, 대사물, 영양소의 구배가 생성된다.[60]직경 약 300µm 이상의 셀 골재에서 산소 운반이 제한되는 것으로 추정되었지만,[63] 그러한 구배 개발은 분자 크기와 셀 흡수율에도 영향을 받는다.따라서, EBs에 형태균을 전달하면 단일 배양균에 비해 이질성이 증가하고 차별화된 세포 집단의 효율이 저하된다.EBs 내의 전송 제한을 해결하는 한 가지 방법은 EB 구조 내에서부터 형태균의 고분자 전달을 통해서이다.[61][64][65]또한, EB는 개별 마이크로티스로 배양될 수 있으며, 이후 조직 공학 용도를 위해 더 큰 구조로 조립될 수 있다.[66]비록 3차원 접착과 신호로 인한 복잡성은 더 많은 자연 조직 구조를 재점검할 수 있지만,[67][68] 그것은 또한 결과 세포 표현형과 형태생식에 대한 기계적, 화학적, 물리적 신호의 상대적 기여를 이해하는데 어려움을 야기한다.

참고 항목

참조

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