3차원(3D) 세포 배양 시스템은 인간 질병을 모델링하고 신약 개발을 지원하는 데 없어서는 안 될 도구로 빠르게 부상하고 있다. 뇌 오가노이드와 더불어, 전구세포나 분화 세포가 구형으로 응집된 신경 스페로이드는재현성, 확장성, 그리고 비교적 짧은 배양 시간을 제공합니다. 이러한 특징 덕분에 신경퇴행성 질환의 세포적 현상을 포착하고 병리학적 특징을 재현하는 데 특히 적합합니다 in vitro. Scantox Neuro는 새로운 접근법(NAM)에 대한 FDA 지침에 부합하여, 인간과 관련성이 높은 3D 모델을 확립하고 특성화하는 데 상당한 연구 개발 노력을 기울여 왔습니다. 그 중 한 가지 접근 방식은 iCell NeuroSpheres(FUJIFILM Cellular Dynamics)를 기반으로 하며, 당사는 이를 통해 신경 활동 및 세포 분포와 같은 기본 특성을 검증함으로써 질병 모델링을 위한 견고한 기반을 마련했습니다(그림 1).
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그림 1: 뉴로스피어의 기준 특성 분석. PFC 유사(A) 또는 VTA 유사(B) 신경구체의 세포 분포(A, B). 신경구체는 배양 21일째(DIV21)에 고정된 후, 전체 구체에 대한 면역세포화학적 염색 및 공초점 현미경 촬영을 실시하였다(PFC: 파란색 = Hoechst (세포핵), 청록색 = MAP2 (모든 뉴런), 노란색 = GFAP (아스트로사이트); VTA: 파란색 = Hoechst (세포핵), 청록색 = MAP2 (모든 뉴런), 자홍색 = TH (도파민성 뉴런), 노란색 = GFAP). 차량 대조군으로 처리된 PFC 유사(A) 또는 VTA 유사(B) 신경구에서 유전적으로 암호화된 칼슘 지표(GECI)를 이용하여 신경 활동을 간접적으로 시각화하였다(C, D).
알츠하이머병(AD) 모델링
- 글루타메이트성 및 GABA성 뉴런과 아스트로사이트로 구성된 전전두엽 피질 유사 구형체에 응집된 재조합 Aβ1-42를 노출시켰다.
- Aβ 침착 및 아스트로사이트 활성화(GFAP)를 포함한 병리학적 지표들은 첨단 3D 공초점 이미징을 통해 시각화되었다(그림 2).
그림 2: 전전두엽(PFC) 유사 iCell 신경구체의 면역염색. iCell 뉴로스피어(FUJIFILM Cellular Dynamics)를 배양한 후 Aβ1-42로 72시간 동안 처리했다. 그 후, 스페로이드를 고정하고 6E10, MAP2 및 GFAP 마커로 염색했다. Z-스택 이미지는 ImageXpress HT.ai 공초점 현미경(Molecular Devices)을 사용하여 획득했다.
파킨슨병(PD) 모델링
- 글루타메이트성 및 GABA성 뉴런은 물론 아스트로사이트와 더불어 도파민성 뉴런을 포함하는 복측 피질하 영역 유사 구형체(spheroids)를 대상으로 두 가지 병변 실험을 수행하였다:
- 도파민성 뉴런의 무결성은 면역세포화학법을 통해 평가되었으며(그림 3), 미토콘드리아 기능은 TMRM 생세포 분석법을 사용하여 평가되었다(그림 4).
그림 3: 처리 후 VTA 유사 iCell 신경구에서 도파민성 뉴런의 소실. A: VTA 유사 iCell 신경구(FUJIFILM Cellular Dynamics)를 MPP+로 48시간 동안 처리하였다. 도파민 신경세포 손실은 (B) ImageXpress HT.ai 공초점 현미경(Molecular Devices)을 사용하여 평가한 TH 강도의 감소로 확인되었다. 평균 + 표준오차(SEM); n = 3-5, 일원분산분석(One-way ANOVA) 후 Dunnet의 다중 비교 검정을 통해 대조군(VC)과 비교하였다. **p <0.01.
그림 4: VTA 유사 iCell 신경구(neurospheres)의 미토콘드리아 활성은 Incucyte®를 이용한 TMRM 분석을 통해 평가되었다. iCell NeuroSpheres에 MPP+, AAV-A53T 또는 둘 다를 48시간 동안 처리했다. A: 시간에 따른 총 TMRM 강도. B: 48시간 시점의 총 TMRM 강도. 평균 + 표준오차(SEM); n = 5. 일원분산분석(One-way ANOVA) 후, Dunnet의 다중 비교 검정을 통해 대조군(VC)과 비교하였다. ***p <0.001. OCU: 총 주황색 물체 강도.
플랫폼 확장
미세아교세포, 올리고도엔드로사이트 등 추가적인 세포 유형을 통합하고, 다양한 병변 모델이나 유전적 변형을 적용함으로써 이러한 모델의 임상적 관련성이 한층 더 강화됩니다. Scantox Neuro에서 진행 중인 연구는 질병의 복잡성을 더 잘 재현하고 치료제 개발을 가속화하기 위해 이러한 시스템을 개선하는 데 중점을 두고 있습니다.
결론
신경 구형체 모델은 인간 신경퇴행성 질환의 병리생리학적 기저에 있는 세포적 변화를 규명하기 위한 재현 가능하고 확장 가능한 플랫폼을 제공합니다. 이러한 시스템은 기존의 전임상 모델과 환자 관련 생물학 사이의 간극을 메움으로써, 신약 개발 및 중개 연구를 위한 강력한 기반을 마련해 줍니다.
저희의 사명은 전임상 연구와 환자 맞춤형 치료법 사이의 격차를 해소할 수 있는, 확장 가능하고 재현성이 높은 플랫폼을 제공하는 것입니다. 새로운 응용 분야를 함께 모색할 수 있는 협력을 환영합니다.
