보고서 정보
주관연구기관 |
고려대학교 Korea University |
연구책임자 |
정석
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-05 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700011436 |
과제고유번호 |
1711024493 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-10-28
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키워드 |
신경세포.미엘린.뇌종양.뇌손상.신경계줄기세포 Niche.체외모델.세포배양.미세유체시스템.세포외 환경.Neuronal cell.Myelin.Brain tumor.Brain injury.Neuronal stem cell Niche.In vitro.Neuronal cell culture.Microfluidics.Extracellular matrix.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700011436 |
초록
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□ 연구의 목적 및 내용
▶ 3차원 신경계 온 어 칩의 개발
▶ 다발성 경화증, 백질 위축증, 뇌종양 등 미엘린과 관계된 신경계 질병연구를 대상으로,
신경계 질병의 기전과 치료법, 약물전달 연구의 기반을 구축한다.
1) 3차원 미엘린 신경조직 모델을 칩 상에서 3차원으로 구성
2) 뇌손상 및 뇌종양 질병 모델을 칩 상에서 3차원으로 구성
3) 표준화된 assay 정립을 통한 신경계 환자맞춤형 치료제, 신약 및 약물전달체의 평가
□ 연구결과
▶ 다양한 ECM을 고정하고 세포를 공동배양
□ 연구의 목적 및 내용
▶ 3차원 신경계 온 어 칩의 개발
▶ 다발성 경화증, 백질 위축증, 뇌종양 등 미엘린과 관계된 신경계 질병연구를 대상으로,
신경계 질병의 기전과 치료법, 약물전달 연구의 기반을 구축한다.
1) 3차원 미엘린 신경조직 모델을 칩 상에서 3차원으로 구성
2) 뇌손상 및 뇌종양 질병 모델을 칩 상에서 3차원으로 구성
3) 표준화된 assay 정립을 통한 신경계 환자맞춤형 치료제, 신약 및 약물전달체의 평가
□ 연구결과
▶ 다양한 ECM을 고정하고 세포를 공동배양하는 미세유체 소자를 제작하였으며, 실제 신경세포를 3차원으로 배양 후 평가하였음.
1) 신경세포의 soma와 axon을 3차원으로 분리하여 배양하는 데 성공함
▶ 뇌혈관세포, 신경세포, 성상세포 등 신경계 관련 5종 이상의 세포의 분리 및 3차원 배양, 공동 배양을 3주 이상 유지하는 데 성공하였고, 이를 이용 미엘린 조직을 유도하고 3차원으로 구성함
1) 뇌혈관세포와 공동배양하여, 신경계 혈관의 niche를 3차원으로 구성하는 데 성공함
2) 미엘린 조직의 3차원 구조 및 관련 단백질과 신호 전달 채널의 발현을 확인
3) 신경계 조직의 분화 및 3차원 형태 구성에서 신경계 혈관의 niche의 영향을 분석
▶ 3차원 배양 환경에서 공동 배양된 세포들의 상호 작용 및 분화 양상을 분자적으로 또 한 광학적 정량 검출하고 분석하는 기술을 개발함
▶ 3차원 배양 환경에서 공동 배양된 세포에 약물을 처리하여 약물의 전달 및 세포에 미 치는 영향을 정량적으로 분석하는 데 성공
1) miRNA의 처리에 따른 세포의 분화 조절이 가능함을 확인하고, 그 중 miR29b의 고유한 메커니즘을 분석
2) 약물 전단체를 제작하고, 3차원 신경조직에 전달되는 과정과 효율의 정량적 분석
▶ 3차원 배양 환경에서 뇌종양과 같은 질병 모델을 구축하는 데 성공
▶ 개발된 기술의 표준화와 정량화를 통해 호환 가능한 플랫폼을 구축함
□ 연구결과의 활용계획
▶ 다양한 신경 조직 중 미엘린 조직에 대한 3차원 organ on a chip 모델을 구현하여, 조직의 형태 및 형성에 대한 연구와, 미엘린 조직에 관련된 질병 기전 (multiple sclerosis, 뇌종양 등)에 대한 연구에 활용할 수 있음
▶ 뇌혈관과 그 주변 환경이 (vascular niche) 신경계 조직 및 구조, 형태에 미치는 영향에 대한 연구에 활용할 수 있음
▶ 뇌혈관과 신경 조직에 대한 약물의 효능 및 전달 능력 평가 등을 통해, 신약 개발과 효능 평가, 신물질 개발 등에 활용할 수 있음
▶ 향후 iPS 등의 세포를 이용하여 환자의 고유한 질병 특성을 모사하는 질병 모델을 구축할 수 있음
▶ 향후, 조직공학이나 다양한 세포관련 연구의 핵심기술로 성장할 것이 기대됨
▶ 특히 뇌종양, 치매 등의 질병은 고령화 시대에 사회적 비용과 사망률이 높은 치명적 질병이므로, 삶의 질을 향상시키고 사회적 비용을 줄이는 핵심 기술이 될 것으로 기대됨
(출처:요약문 5p)
Abstract
▼
□ Purpose& contents
▶ Development of the three-dimensional (3D) nervous system-on-a-chip
▶ Construct a foundation for mechanism, treatment, and drug delivery research associated with neurological disorders including multiple sclerosis, white matter atrophy, and brain tumors
1) Configuration
□ Purpose& contents
▶ Development of the three-dimensional (3D) nervous system-on-a-chip
▶ Construct a foundation for mechanism, treatment, and drug delivery research associated with neurological disorders including multiple sclerosis, white matter atrophy, and brain tumors
1) Configuration of 3D myelination model on a chip
2) Configuration of 3D brain injury and tumor models on a chip
3) Evaluation of patient-specific therapies, new medicine, and drug delivery systems associated with neurological disorders using standardized assays
□ Result
▶ Microfluidic device that allows coculture of cells with extracellular matrix (ECM) was developed and evaluated with 3D neuronal cell culture
1) Neuronal soma and axon were cultured separately in 3D space
▶ Nervous system related cells including brain blood vessel cells, neurons and astrocytes were successfully isolated and cultured in 3D environment for more than 3 weeks inducing 3D myelination structure
1) 3D configuration of blood vessel niche of the nervous system cocultured with brain blood vessel cells was confirmed
2) 3D myelin structure was confirmed along with expression of myelin-associated protein and signaling channel
3) Effects of blood vessel niche in differentiation and 3D configuration of the nervous system were analyzed
▶ Molecular and optical techniques were developed for quantitative analysis of interaction and differentiation patterns between 3D cocultured cells
▶ Effects of drug treatment on delivery system in 3D cocultured cells were quantitatively analyzed
1) Regulation of cell differentiation according to the miRNA treatment was confirmed and specific mechanism of miR29b was analyzed
2) Drug delivery matrix was developed and delivery process and efficiency in 3D environment were quantitatively analyzed
▶ Brain tumor model was developed in 3D culture environment
▶ Compatible platform was constructed through standardization and quantification of the developed system
□ Expected Contribution
▶ Developed system can be utilized in studies on the organ-on-a-chip by implementing a 3D myelination model to understand structure, formation, and mechanism of neuronal disorders associated with myelin (multiple sclerosis, brain tumor, etc.)
▶ Impacts of brain blood vessel and its surrounding environment (vascular niche) on structure of the nervous system can be studied using developed 3D platform
▶ Developed system can be used in new medicine development by evaluating the efficacy and delivery capacity of the drug on brain vessel and tissue
▶ Patient-specific disease model can be established using iPS cells
▶ Proposed platform is expected to be a core technology in the field of tissue engineering and various cell research
▶ Since neuronal disorders such as brain tumor and dementia are considered as highly fatal diseases in the aging society, developed system is expected to be a key technology to improve the quality of life and reduce social costs
(출처:SUMMARY 6p)
목차 Contents
- 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 20 5. 연구결과의 활용계획 ... 23 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 24 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 24 8. 참고문헌 ... 25 9. 연구성과 ... 26 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설.장비 현황 ... 31 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 31 12. 기타사항 ... 33별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 34별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 55끝페이지 ... 60
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