우리 몸에는 조직 내외로 이동하는 물질로부터 조직을 보호하기 위한 세포 장벽이 존재하고 있으며 이러한 장벽은 기본적으로 상피세포와 내피세포로 구성되어 있습니다. 염증, 감염, 암 세포 전이, 백혈구 이동과 같은 생물학적 이벤트와 많은 일반적인 작용들(예: GPCR)에 의해 장벽 투과도는 달라질 수 있습니다.
Axion Biosystems 의 Maestro Z 플랫폼은 실시간으로 경상피 전기저항(TEER) 과 장벽 기능을 연구할 수 있도록 지원합니다. 연속 데이터 측정으로 시간과 비용 집약적인 기존 실험에 비해 장벽 투과 기능 변화에 대한 보다 온전한 이해를 돕습니다.
체외 장벽 모델 측정
경상피 전기저항(TEER) 은 세포 장벽 무결성을 측정하는 데 중요한 척도입니다. 수동으로 전극을 들고 수행해야 하는 경상피 전기저항(TEER) 측정 장치들은 전극 위치에 매우 영향을 많이 받으며 수동으로 전극을 다루는 과정에서 세포층이 파괴될 수 있습니다. 하지만 Maestro Z 의 통합형 전극 디자인은 이와 같은 어려움을 극복했습니다.
통합형 전극의 장점
- 일관성
- 재현성
- 고효율
장벽 기능 측정 실험
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경상피 전기저항(TEER)>
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장벽 투과도 변화 실시간 모니터링>
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세포 증식 정도에 따른 경상피 전기저항(TEER) 표준화>
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Disease-in-a-dish 모델에서 장벽 기능 평가>
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장내 미생물군집(마이크로바이옴)의 다양성 연구 >
경상피 전기저항(TEER)은 보통 장벽 투과도를 확인하기 위해 측정합니다.
Maestro Z 플랫폼은 경상피 전기저항(TEER)을 측정할 수 있으며 그로부터 장벽 기능을 수치화 할 수 있습니다. 다른 주파수 값의 변화를 연속적으로 측정함으로써 경상피 전기저항값을 표준화하여 장벽 기능값을 수치화 합니다. 이는 장벽 기능의 작고 일시적인 변화를 민감하게 측정할 수 있는 실험 기법입니다.
장벽 투과도는 일반적으로 사용되는 많은 약물들이나 신호 전달 물질에 의해 변화될 수 있습니다.
(A) 장벽 투과도는 세포가 증식하여 배양되는 동안에도 지속적으로 측정될 수 있습니다. (B) Calu-3 세포를 CytoView-Z 96well 플레이트에서 14일간 단층으로 배양하고 cytochalasin D 와 ethanol 을 처리하여 장벽 투과도의 변화를 확인했습니다.
Maestro Z를 통해 경상피 전기저항(TEER)을 지속적으로 모니터링 하고 세포가 적정 농도까지 증식한 것을 확인한 후에 cytochalasin D 혹은 ethanol 을 처리했습니다.
결과: Cytochalasin D 는 액틴의 연쇄사슬작용을 억제하여 밀착연접에서의 투과도를 증가시켰습니다. Ethanol 은 두가지 주요 밀착연접 단백질인 ZO-1 과 claudin-1 에 서서히 영향을 미쳤습니다. 눈에 띄게 감소한 경상피 전기저항과 장벽 기능 저하를 통해 두 물질이 서로 다르게 작용하였음을 확인했습니다.
목적: Maestro Z 를 통해 세포 증식 정도와 경상피 전기저항(TEER)를 지속적으로 측정할 수 있음을 증명하고자 합니다. 경상피 전기저항(TEER)은 세포 증식이 이뤄진 상태에서 측정하기 때문에 다양한 주파수 측정을 통해 Maestro Z 플랫폼은 경상피 전기저항(TEER) 값을 세포 증식도에 따라 표준화 할 수 있습니다.
낮은 주파수 측정은 밀착연접에 의한 세포내의 장벽 형성 측정에 매우 민감하게 반응하며 세포 주위 장벽은 세포막에 의해 형성됩니다.
결과: Maestro Z 는 지속적으로 그리고 연속적으로 두 종류의 인간 폐 상피세포의 세포 증식을 모니터링하고 장벽 기능을 모니터링했습니다. 두 종류 모두 24시간 내로 충분히 증식했지만 밀착연접 단백질을 발현하는 Calu-3 세포의 경우 낮은 주파수의 경상피 전기저항(TEER) 신호가 측정되었고 이를 통해 강한 세포 장벽이 형성되었음을 확인했습니다.
장벽이 적절하게 형성되는 것은 인간 신체에 있어 중요한 기능이며 낭성 섬유증과 같은 질병에 의해 손상되기도 합니다. Calu-3 는 세포간 밀착연접을 만들고 CFTR(Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)를 발현하여 β-adrenergic 자극에 의한 이온의 세포막 이동이 가능한 불멸화 세포주입니다[Shen et al., 1994]. 따라서 경상피 전기저항(TEER) 측정으로 점액질 분비를 촉진하기 위한 이온 채널을 관장하는 CFTR 의 기능을 확인할 수 있습니다.
(A) Isoproterenol(100nM)과 Forskolin(10uM)의 처리는 Calu-3 세포의 경상피 전기저항(TEER) 을 현저히 감소시켰습니다. 그리고 농도에 따른 신속한 변화를 보기 위해 CFTR(inh)-172 를 각각 30 uM과 300uM을 처리했습니다. (B)CFTR(inh)-172를 처리하고 5분이 경과한 후에 각 농도에 따라 isoproterenol 과 forskolin 의 작용이 저해되었음을 확인할 수 있었습니다.
목적: 장 조직 내에 존재하는 장내 미생물군의 영향을 평가하고자 했습니다. 다이어트는 장내 미생물군의 구성에 영향을 주고 이는 과민성 장증후군(irritable bowel syndrome, IBS)을 유발하기도 합니다[Bootz-Maoz, et al., 2022].
(Images from H Bootz-Maoz, A. Pearl et al, Cell Reports, 2022, DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111657 )
(장 세포와의 공동 배양을 통해 (위)두 명의 환자로부터 분리한 B. adolescentis 10종의 24시간 경과 후 장벽 인덱스 값과 (아래)시간 경과에 따라 B.adolescentis 와 B.fragilis에 의한 장벽 인덱스 값의 차이를 확인했습니다.
결과: B.adolescentis 는 장 세포의 장벽 기능을 저해한 반면 B.fragilis 는 장벽 기능에 영향을 주지 않았습니다.
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Axion’s Stacie Chvatal, PhD, discusses how the authors investigate colonic responses to microbiota communities in people with irritable bowel syndrome before and after a low-FODMAP diet using TEER.
