초록 ▼

미세공정 및 미세유체학의 마이크로 공학과 세포생물학을 접목하여 신원(nephron)을 모사하는 multi-chamber micro-channel device를 개발하며, 이를 이용하여 약독성 스크리닝 플랫폼 개발 및 신장 질환 모사 chip 모델 개발을 목표로 함. 본 과제를 통하여 아래와 같은 결과를 도출함. 1. 사구체여과장벽 모사 multi chamber microfluidics device 제작하였으며, 초대배양한 사구체 세포를 소스로 하여 chip에 적용하여 3차원 형상의 신원 모사 미세구조체 개발함. 2. glomerul

미세공정 및 미세유체학의 마이크로 공학과 세포생물학을 접목하여 신원(nephron)을 모사하는 multi-chamber micro-channel device를 개발하며, 이를 이용하여 약독성 스크리닝 플랫폼 개발 및 신장 질환 모사 chip 모델 개발을 목표로 함. 본 과제를 통하여 아래와 같은 결과를 도출함. 1. 사구체여과장벽 모사 multi chamber microfluidics device 제작하였으며, 초대배양한 사구체 세포를 소스로 하여 chip에 적용하여 3차원 형상의 신원 모사 미세구조체 개발함. 2. glomerular endothelial cell-podocyte 공동 배양하였고 laminar flow 및 retinoic acid 처리를 통한 podocyte 분화 및 three-dimensionality 획득 조건 확립함. 3. shear stress + retinoic acid 조건에서 chip의 조직학적 검증을 통하여 nephron on a chip의 표준화된 제작 프로토콜 확립함. 4. Transepithelial electrical resistance 및 fluorescein-molecule 투과성 검증을 통한 chip의 기능적 검증함. 5. 신독성 약물을 이용한 모델을 next generation kidney injury marker를 사용하여 Human nephron on a chip을 이용한 신독성 약물테스팅 플랫폼 개발함. 6. chip 생체모사기술 기반 당뇨병성 신병증 모델 개발 및 streptozotcin type 1 당뇨 모델 및 dbdb type 2 당뇨 동물 모델을 이용한 validation: chip과 동물모델간 세포 비후, 사멸, 단백뇨 (단백투과), 섬유화 마커, 족세포 마커 발현 비교함. 7. 막성사구체신염 환자의 purified IgG의 chip 내 stimulation을 이용한 막성사구체신염 chip 모델 개발 및 인체유래물을 이용한 validation함. 8. endothelial cell monolayer chip에서 shear-static-reshear로 IRI 모델 모사와 IRI warm ischemia 동물 모델을 이용한 validation함. 이상의 결과로 제작된 chip은 질환모델 및 약독성 테스트에 향후 유용하게 사용될 수 있음.


(출처 : 보고서 요약서 3P)

Abstract ▼

Purpose & Contents
Purpose: Development of a method to differentiate primary cultured podocytes using retinoic acid (RA) and fluid shear stress (FSS), which mimic the in vivo environment of the glomerulus.
Contents:
1. multi chamber microfluidics device that mimics glomerular filtration bar

Purpose & Contents
Purpose: Development of a method to differentiate primary cultured podocytes using retinoic acid (RA) and fluid shear stress (FSS), which mimic the in vivo environment of the glomerulus.
Contents:
1. multi chamber microfluidics device that mimics glomerular filtration barrier
2. promary cultured glomerular cells as sources cells for the chip
3. differentiation conditions of podocytes within the chip (fluid shear+retinoic acid)
4. histologic and functional validation of the chip
5. Platform for nephrotoxicity test
6. chip models for diabetic nephropathy, membranous nephropathy and ischemia-reperfusion injury

Results
1. Development of 3D nephron on a chip
Development of multi chamber microfluidics device that mimics glomerular filtration barrier using collagen vitrigel memb
2. Coculture of glomerular cells with the chip
Development of conditions of FSS and retnoic acid which induce podocyte differentiation and 3 dimentionality
3. Histologic and functional validation of the chip
▪ Synaptopodin levels/
▪ Peripheral cellular nephrin staining
▪ Slit diaphragmatic ZO-1 staining/
▪ KLF15 levels and 3D dimensionality of the cells in chip
▪ Transepithelial electrical resistance (TEER)
▪ levels of filtration of rhodamine-DEX and Fluorescein sodium salt
4. Platform for nephrotoxicity testusing Human nephron on a chip
Outlet levels of next generation kidney injury markers
▪ Kidney Injury Molecule-1 (KIM-1)
▪ Neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL)
5. chip models for diabetic nephropathy, membranous nephropathy and ischemia-reperfusion injury
▪ podocyte hypertrophy/apoptosis/ proteinruia / fibrosis/ hyperfiltration assessed in diabetic chip model and validated in STZ DM mice and dbdb mice
▪ membranous nephropathy chip model using purified IgG from serums of typical and biopsy proven patients
▪ shear-static-reshear stretegies within endothelial cell monolayer chip --> expression of KLF2 and KLF4

Expected Contribution
These models of chips may serve as a useful tool for mechanistic studies and the application of regenerative medicine to the treatment of kidney diseases.


(출처 : SUMMARY 6P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1-1. 연구개발 목적 ... 9
• 1-2. 연구개발 필요성 ... 9
• 1-3. 연구개발 범위 ... 15
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 19
• 2-1. 국내외 기술개발 현황 ... 19
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 22
• 3-1 사구체여과장벽 모사 chip 개발 연구 일정 및 추진 체계 ... 22
• 3-2. 사구체여과장벽 모사 chip 개발을 위한 사구체 세포 (podocyte, parietal epithelial cell, mesangial cell 및 endothelial cell)의 초대 배양: 사구체여과장벽 모사 chip의 cell source로서 사람 사구체 초대배양 세포의 사용 ... 23
• 3-3. 사구체여과장벽 모사 chip 개발을 위한 사구체 전구세포, adipose derived stem cell의 초대 배양 ... 26
• 3-4. 사구체여과장벽 모사 prototype chip device의 개발 ... 29
• 3-5. 3차원 형상 신원 모사 미세구조체 microfluidic chip device의 개발 ... 32
• 3-6. 신원 모사 시스템 내에서 신원과 주변조직세포의 공동배양 ... 33
• 3-7. Human nephron on a chip의 형태 및 분자생물학적 검증 ... 40
• 3-8. Human nephron on a chip의 기능적 검증 ... 43
• 3-9. Human nephron on a chip을 이용한 신독성 약물테스팅 플랫폼 개발 ... 44
• 3-10. Human nephron on a chip을 이용한 질환 모델 개발 ... 45
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 62
• 4-1. 목표달성도 및 관련 분야 기여도 ... 62
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 66
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 68
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 68
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 68
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 69
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 70
• 11. 기타사항 ... 70
• 12. 참고문헌 ... 73
• 별첨4. 실적 증빙자료 ... 77
• 별첨5. 기타 첨부서류 ... 81
• 끝페이지 ... 93