인간 iPS 세포에서 유도된 간 오가노이드 분화의 전 과정을 CM20 배양 모니터링 시스템으로 모니터링하기

서문

유도만능줄기(iPS) 세포를 포함한 인간만능줄기세포로 만드는 오가노이드라는 초소형 조직/기관의 체외 정착이 최근 빠르게 발전하고 있습니다. 인간 오가노이드는 기본적인 발달생물학부터 질병 모델링과 약물 개발에 이르는 다양한 분야에 특별한 기회를 주고 있습니다.

실험 배경

오가노이드는 일반적으로 자기 조직 방식으로 만들어지며, 이는 구성 세포를 특정한 세포 유형으로 분화시키기 위해 적절한 위치에 공간적으로 배열하여 기관 기능의 발현으로 이어지는 과정입니다. 미분화 인간 iPS 세포를 표적 기관 오가노이드로 유도하려면 최소 한 달 이상의 상당한 시간이 걸립니다. 그 이유는 발달 단계에 해당하는 여러 단계가 중간 미분화 세포에 존재하기 때문입니다. 이러한 과정은 세포 분극과 3차원 구조 유지에 필수적인 기저막 요소가 있는 세포외기질로 세포를 삽입하는 단계를 포함할 때가 많습니다. 즉, 인간 iPS 세포의 특정한 성질이 있는 오가노이드를 계속해서 성공적으로 생성하려면 2차원 및 3차원 배양 조건을 주의 깊게 조사할 필요가 있습니다. iPS 세포의 품질 관리 외에도, 세포군의 3차원 행동과 형태발생에 대한 데이터를 수집하듯이 분화 과정을 오랫동안 끊임없이 모니터링하는 것이 특히 중요합니다.

이번 애플리케이션 노트에서는 Olympus Provi CM20 배양 모니터링 시스템으로 분화 과정을 관찰했습니다. 당사가 최근에 발표한 인간의 간 오가노이드 ^1,2 생성 방법을 모범 사례로 사용했습니다.

Posterior Foregut 형성 중의 형태학적 변화 관찰

CM20 시스템을 사용하여 비분화 인간 iPS 세포가 2차원 시트형 완성 내배엽으로 분화되는 과정에서 3차원 형태 변화와 Posterior Foregut 스페로이드의 후속 출현을 관찰할 수 있는지 여부를 시험했습니다.

결과

CM20 시스템을 사용하여 인간 iPS 세포 배양 유지 과정뿐만 아니라 분화가 완성 내배엽으로 진행된 다음 Posterior Foregut 스페로이드가 발생하는 것까지 관찰할 수 있었습니다. 이 Posterior Foregut 스페로이드는 2차원 세포 시트에서 유도된 3차원 세포 무리의 자발적 형성을 통해 생성되며, 이러한 형태학적 변화 과정을 CM20 시스템으로 추적할 수 있다는 것을 증명합니다. 위장 같은 다른 내배엽 기관의 오가노이드 또한 완성 내배엽에서 유래된 원시 위장 스페로이드에서 유도됐기 때문에, 해당 오가노이드 분화 과정을 모니터링하는 데 CM20을 광범위하게 적용할 수 있습니다.

Matrigel 내의 간 오가노이드 배양 과정 관찰

3차원 방식으로 Matrigel에서 분화되어 성장한 간 오가노이드의 배양 과정을 CM20 시스템^*1으로 관찰할 수 있는지 시험했습니다.

결과

약 2주에 걸쳐 24 웰 플레이트에서 소량의 Matrigel로 3차원 배양된 간 오가노이드 분화 과정을 CM20 시스템으로 추적할 수 있었습니다.

결론

형태학적 변화와 세포외기질 겔의 3차원 오가노이드 성장을 유발하는 분화 과정을 CM20 시스템 소프트웨어의 자동화 모니터링 기능으로 추적할 수 있었습니다. 실험에 따르면 CM20은 인간 iPS 세포의 유지 및 관리부터 오가노이드로의 분화까지 장시간이 소요되는 세포 배양을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 세포 배양의 최적화와 품질 제어에도 기여할 수 있습니다.

Takebe 박사와 Yoneyama 박사의 의견

참고 문헌

1. Rie Ouchi, Shodai Togo, Masaki Kimura, Tadahiro Shinozawa, Masaru Koido , Hiroyuki Koike, Wendy Thompson, Rebekah A Karns, et al., “Modeling Steatohepatitis in Humans with Pluripotent Stem Cell-Derived Organoids.” 2019 Aug 6;30(2):374-384.e6. doi: 10.1016/j.cmet.2019.05.007. Epub 2019 May 30. PMID: 31155493 PMCID: PMC6687537 DOI: 10.1016/j.cmet.2019.05.007
2. Tadahiro Shinozawa, Masaki Kimura, Yuqi Cai, Norikazu Saiki, Yosuke Yoneyama, Rie Ouchi, Hiroyuki Koike, Mari Maezawa, et al., “High-Fidelity Drug-Induced Liver Injury Screen Using Human Pluripotent Stem Cell-Derived Organoids.” 2021 Feb;160(3):831-846.e10. doi: 10.1053/j.gastro.2020.10.002. Epub 2020 Oct 8. PMID: 33039464 PMCID: PMC7878295 (available on 2022-02-01) DOI: 10.1053/j.gastro.2020.10.002

*1 Olympus Provi CM20 시스템의 버전 1.2.4 또는 이후 버전에 추가된 기능 사용. 자세한 내용을 보려면 업데이트를 다운로드하거나 소프트웨어 릴리스 노트를 살펴보십시오.