[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR102405421B1 - cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same - Google Patents

cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same Download PDF

Info

Publication number
KR102405421B1
KR102405421B1 KR1020210127171A KR20210127171A KR102405421B1 KR 102405421 B1 KR102405421 B1 KR 102405421B1 KR 1020210127171 A KR1020210127171 A KR 1020210127171A KR 20210127171 A KR20210127171 A KR 20210127171A KR 102405421 B1 KR102405421 B1 KR 102405421B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell
cardiomyocyte
cell adhesion
array
cardiomyocytes
Prior art date
Application number
KR1020210127171A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210119368A (en
Inventor
이재혁
김기석
김은미
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020210127171A priority Critical patent/KR102405421B1/en
Publication of KR20210119368A publication Critical patent/KR20210119368A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102405421B1 publication Critical patent/KR102405421B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602Vertebrate cells
    • C12N5/0652Cells of skeletal and connective tissues; Mesenchyme
    • C12N5/0657Cardiomyocytes; Heart cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0697Artificial constructs associating cells of different lineages, e.g. tissue equivalents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/30Synthetic polymers

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 심근세포 스페로이드는 패턴화를 통해 세포 상호작용을 제어할 수 있고, 투명성이 높아 관찰이 용이하고 일반 배양 조건으로 분화/탈분화를 제어 및 촉진할 수 있으므로, 심근세포의 생리학적 특성을 정확히 모사하여 약물스크리닝에 효과적으로 사용할 수 있다.The present invention relates to a cardiomyocyte spheroid formed on a substrate and a method for manufacturing the same, wherein the cardiomyocyte spheroid can control cell interaction through patterning, has high transparency, is easy to observe, and is differentiated under general culture conditions Because it can control and promote dedifferentiation, it can be effectively used for drug screening by accurately mimicking the physiological properties of cardiomyocytes.

Description

세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드 및 이의 제조방법{cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same}Cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same

본 발명은 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cardiomyocyte spheroid formed on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate and a method for preparing the same.

신약개발에서 동물실험은 비임상/임상실험 및 초기 스크리닝에 수행되는데 한 건의 신약개발에 수행되는 동물실험은 수천억 원이 넘는 비용이 소요된다. 또한, 전세계적으로 윤리적인 이유를 들어 동물실험을 반대하고 실험동물 사용에 대한 규제가 가해지고 있으므로, 동물 또는 인간의 세포를 이용한 체외 실험을 통해 동물실험을 대체하려는 시도가 이루어지고 있는데, 특히 인간 줄기세포에서 유래하는 심근세포, 뇌, 간세포를 활용한 의약품의 안전성, 유효성 평가의 중요성이 크게 대두되고 있다.In new drug development, animal testing is performed in non-clinical/clinical testing and initial screening. In addition, for ethical reasons worldwide, as animal testing is opposed and regulations on the use of laboratory animals are imposed, attempts are being made to replace animal testing through in vitro experiments using animals or human cells, especially human The importance of evaluating the safety and efficacy of pharmaceuticals using stem cell-derived cardiomyocytes, brain, and liver cells is growing.

하지만, 기존의 체외 실험기술로 실제 임상 반응을 예측하기에는 많은 어려움이 있는 실정이다. 세포는 배양 환경에 따라 세포의 접착력, 성장, 이동, 분화 등이 변하므로, 3차원적으로 주변세포 및 세포 외 기질 등과 상호작용할 수 있는 생체 내 환경과 유사한 배양 시스템을 제공하여 세포의 본래 기능을 유지하는 것이 중요한데, 2차원(2D) 단층배양 기판은 실제 생체 내에서와는 매우 다른 환경에 처하기 때문에 세포가 빠르게 고유 특성을 상실하는 탈분화 현상이 있고 줄기세포 분화 조절이 어려운 문제점이 있다. 따라서, 기존 2D 배양법 및 일반적인 세포배양 용기를 사용한 단층 세포 배양 방법으로는 심근세포 및 생체 기관의 생리학적 특성을 정확히 모사하는데 한계가 있다.However, there are many difficulties in predicting the actual clinical response using the existing in vitro experimental technology. Cells change their adhesion, growth, migration, and differentiation depending on the culture environment, so it provides a culture system similar to the in vivo environment that can three-dimensionally interact with surrounding cells and extracellular matrix to preserve the original function of cells. It is important to maintain, since the two-dimensional (2D) monolayer culture substrate is in a very different environment from the actual in vivo environment, there is a dedifferentiation phenomenon in which cells rapidly lose their intrinsic properties, and there is a problem in that it is difficult to control the differentiation of stem cells. Therefore, the existing 2D culture method and the monolayer cell culture method using a general cell culture vessel have limitations in accurately simulating the physiological characteristics of cardiomyocytes and living organs.

이에 생체 내부 환경을 모델링하기 위해 3차원(3D) 세포 배양 기술이 개발되고 있으며, 대표적으로 생체 내부와 유사한 구조를 가진 3D 구형 세포 응집체인 스페로이드(spheroid) 형태로 세포를 배양하는 기술을 들 수 있다. 스페로이드는 세포들이 응집·결합된 3차원 조직 유사체로서, 체외 배양에서도 체내와 유사한 세포 간 상호작용을 유지하는 특성이 있고, 약물스크리닝에서 임상효율을 높이는 장점이 있다. 그러므로 세포 스페로이드는 일반조직을 구성하는 세포나 장기를 이루는 세포, 암세포 및 줄기세포에 대한 연구에서 주목받고 있으며, 또한 세포 치료제를 포함하는 신약개발, 약물 스크리닝 시스템 개발, 줄기세포를 이용한 분화에 대한 연구에서도 중요한 역할을 담당하고 있다.Accordingly, three-dimensional (3D) cell culture technology is being developed to model the internal environment of a living body, and a typical example is a technology of culturing cells in the form of a spheroid, which is a 3D spherical cell aggregate with a structure similar to the interior of a living body. have. A spheroid is a three-dimensional tissue analogue in which cells are aggregated and combined, and has the property of maintaining a cell-to-cell interaction similar to that of the body even in in vitro culture, and has the advantage of increasing clinical efficiency in drug screening. Therefore, cell spheroids are attracting attention in research on cells constituting general tissues or organs, cancer cells, and stem cells, and also for the development of new drugs including cell therapeutics, drug screening system development, and differentiation using stem cells. It also plays an important role in research.

한편, 이러한 세포 스페로이드를 형성하는 기술은 기본적으로 세포가 외벽에 접착되는 것을 방지하는 것에 기반하고 있다. 이를 위한 대표적인 종래 기술로서, 현적배양(Hanging Drop Technique), 미세 세포포집 구조물을 이용한 방법, 비접착식 표면 고팅을 통한 세포 플로팅 기반의 방법(Liquid-Overlay Culture Method), 교반용 배양 플라스크(Spinner Culture Flask)를 이용한 방법, 마이크로칩 기반의 방법 등이 사용되고 있다(대한민국 공개특허 10-2017-0107145).On the other hand, the technology to form these cell spheroids is basically based on preventing the cells from adhering to the outer wall. As a representative prior art for this purpose, the Hanging Drop Technique, a method using a fine cell trapping structure, a cell floating-based method through non-adhesive surface fixing (Liquid-Overlay Culture Method), a Spinner Culture Flask ), a microchip-based method, etc. are being used (Korean Patent Publication No. 10-2017-0107145).

그런데 상용화된 세포 스페로이드 제작용 배양용기들은 공통적으로 포켓모양으로 움푹 파져있고, 이러한 고분자 몰딩 구조로 인하여 상기 용기를 이용하여 세포에 특정 약물을 직접 처리하였을 시에는, 약물의 농도 분포가 Well의 위·아래 위치에 따라 달라질 수 있는 문제점이 있다. 또한, 스페로이드의 수가 100 여개 이하로 적거나, 형성된 세포 스페로이드를 회수하는 과정에서 스페로이드의 손실이 발생하는 문제점도 있다.However, commercialized culture vessels for producing cell spheroids are commonly dented in the shape of a pocket, and due to this polymer molding structure, when a specific drug is directly processed into cells using the vessel, the concentration distribution of the drug is higher than that of the Well. ·There are problems that may vary depending on the location below. In addition, there is also a problem in that the number of spheroids is less than 100, or loss of spheroids occurs in the process of recovering the formed cell spheroids.

상기의 문제점을 극복하고 세포 스페로이드의 품질관리 및 이를 활용하는 다양한 응용 실험을 위해서는 세포 스페로이드를 일정한 크기로 제어하는 기술이 필요하고, 특히 치료 및 분석을 위해서는 대량의 균질한 크기로 조절되는 세포 스페로이드 제조 기법이 필수적으로 요구된다. 이를 위하여 기판을 사용할 수 있고, 미세 입자를 기재 위에서 정렬하여 코팅하는 기술인 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blodgett, LB) 방법(이하 "LB방법")을 활용할 수 있지만, 세포 스페로이드의 효과적인 제어를 위해서는 기판의 패턴화에 대한 연구가 필요한 실정이다.For overcoming the above problems and for quality control of cell spheroids and various application experiments utilizing the same, a technology for controlling cell spheroids to a certain size is required, and in particular, for treatment and analysis, cells controlled to a large homogeneous size A spheroid manufacturing technique is essential. For this purpose, a substrate can be used, and the Langmuir-Blodgett (LB) method (hereinafter “LB method”), which is a technique for aligning and coating fine particles on a substrate, can be utilized, but effective control of cell spheroids can be achieved. For this, research on the patterning of the substrate is required.

이에, 본 발명자들은 줄기세포를 효율적으로 심근세포로 분화시키는 방법을 찾으려 연구하던 중, 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 일정 간격으로 이격된 세포접착 패턴 어레이 배양접시에서 줄기세포를 배양하면 심근세포 스페로이드의 제조가 가능하고 심근세포로 효율적으로 분화함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.Therefore, while the present inventors were studying to find a way to efficiently differentiate stem cells into cardiomyocytes, when stem cells are cultured in a cell adhesion pattern array culture dish spaced apart at regular intervals on a non-adhesive PEG polymer substrate, cardiomyocytes By confirming that the production of spheroids is possible and efficiently differentiated into cardiomyocytes, the present invention was completed.

본 발명의 목적은 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide cardiomyocyte spheroids formed on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate.

본 발명의 다른 목적은 상기 심근세포 스페로이드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing the cardiomyocyte spheroid.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명의 일 측면에 따라, According to one aspect of the present invention,

세포 비접착성 PEG 고분자 기판;Cell non-adhesive PEG polymer substrate;

상기 기판 상에 형성되고, 일정 간격 이격된 세포접착 패턴 어레이; 및an array of cell adhesion patterns formed on the substrate and spaced apart from each other; and

상기 세포접착 패턴 어레이 상에 형성된 심근세포 스페로이드를 포함하는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드를 제공한다.It provides a cardiomyocyte spheroid formed on a cell non-adhesive PEG polymer substrate comprising cardiomyocyte spheroids formed on the cell adhesion pattern array.

본 발명의 다른 측면에 따라, According to another aspect of the invention,

(a) 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 일정 간격 이격된 세포접착 패턴 어레이를 형성하는 단계; 및(a) forming an array of cell adhesion patterns spaced apart at regular intervals on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate; and

(b) 상기 세포접착 패턴 어레이 상에 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포를 시딩(seeding) 및 배양하여 심근세포 스페로이드를 형성하는 단계를 포함하는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 심근세포 스페로이드를 제조하는 방법을 제공한다.(b) seeding and culturing human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes on the cell adhesion pattern array to form cardiomyocyte spheroids on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate provides a method for manufacturing

본 발명에 따른 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드는 대규모 심근세포 스페로이드 상에 심근세포의 응집을 효과적으로 제어할 수 있다.Cardiomyocyte spheroids formed on the cell-non-adhesive PEG polymer substrate according to the present invention can effectively control the aggregation of cardiomyocytes on large-scale cardiomyocyte spheroids.

특히, 상기 기판 상에 일정 간격 이격된 세포접착 패턴 어레이를 형성함으로써, 심근세포 스페로이드는 개별 세포접착 패턴 내 중심부에 집중하여 위치할 수 있을 뿐만 아니라, 심근세포 스페로이드 간에 일정 간격을 유지할 수 있으므로, 약물스크리닝에 효과적으로 사용할 수 있다.In particular, by forming an array of cell adhesion patterns spaced apart from each other at regular intervals on the substrate, cardiomyocyte spheroids can be concentrated in the center of individual cell adhesion patterns, and a certain distance can be maintained between cardiomyocyte spheroids. , can be effectively used for drug screening.

도 1은 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드에 대한 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판에 형성된 실리카 단층 나노입자의 광학 이미지이다.
도 2c는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판에 형성된 실리카 단층 나노입자를 공초점 레이저 현미경(confocal laser microscopy)를 통해 관찰한 이미지이다.
도 2d는 원형 세포접착 패턴 안에 형성된 실리카 단층 나노입자를 원자간력 현미경(AFM, atomic force microscopy)을 통해 관찰한 이미지이다.
도 3a는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판의 경계면을 원자간력 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 3b는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판의 경계면의 원자간력 현미경 단차를 나타낸 그래프이다.
도 3c는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 경계면의 광학 이미지이다.
도 3d는 실리카 단층 나노입자를 원자간력 현미경으로 관찰한 3차원 이미지이다.
도 4a는 인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPS-009)를 배양하여 심근세포로 분화시키는 프로토콜 및 배양기간별 세포의 형태를 위상차 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 4b는 배양한 날로부터 45일이 되는 날에 인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPS-009) 유래 심근세포 형태를 위상차 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 4c는 본 발명에 따른 원형 세포접착 패턴 3D 스페로이드 기판 (6-well plate) 상에 5x105 개의 인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPS-009) 유래 심근세포를 시딩하고 72시간 후에 위상차 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 5a는 5x105 개의 인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPS-009) 유래 심근세포를 6-well plate에 시딩(seeding)하고 12시간 후에 10x 배율의 위상차 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 5b는 5x105 개의 인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPS-009) 유래 심근세포를 6-well plate에 시딩(seeding)하고 72시간 후에 10x 배율의 위상차 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 5c 및 도 5d는 5x105 개의 인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPS-009) 유래 심근세포를 6-well plate에 시딩(seeding)하고 72시간 후에 20x 배율의 위상차 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 6a는 시판되는 Cellular Dynamics 사의 심근세포(iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5)를 해동 및 배양한 것을 96-well plate에 시딩(seeding)하고 4일 후, 원형 세포접착 패턴 위에 심근세포 스페로이드가 형성된 것을 위상차 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 6b는 시판되는 Cellular Dynamics 사의 심근세포(iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5)를 해동 및 배양한 것을 96-well plate에 시딩(seeding)하고 4일 후, 방사형 세포접착 패턴 위에 심근세포 스페로이드가 형성된 것을 위상차 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 6c는 시판되는 Cellular Dynamics 사의 심근세포(iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5)를 해동 및 배양한 것을 96-well plate에 시딩(seeding)하고 5일 후, 원형 세포접착 패턴 위의 심근세포 스페로이드를 cTnT, Connexin 43, DAPI로 염색한 이미지이다.
도 6d는 시판되는 Cellular Dynamics 사의 심근세포(iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5)를 해동 및 배양한 것을 96-well plate에 시딩(seeding)하고 5일 후, 방사형 세포접착 패턴 위의 심근세포 스페로이드를 cTnT, Connexin 43, DAPI로 염색한 이미지이다.
1 is a schematic diagram for cardiomyocyte spheroids formed on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate.
2A and 2B are optical images of silica monolayer nanoparticles formed on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate.
Figure 2c is an image observed through a confocal laser microscopy (confocal laser microscopy) of the silica monolayer nanoparticles formed on the cell non-adhesive PEG polymer substrate.
2D is an image of silica monolayer nanoparticles formed in a circular cell adhesion pattern observed through atomic force microscopy (AFM).
Figure 3a is an image of observing the interface of the cell non-adhesive PEG polymer substrate with an atomic force microscope.
Figure 3b is a graph showing the step difference of the atomic force microscope at the interface of the cell non-adhesive PEG polymer substrate.
Figure 3c is an optical image of the cell non-adhesive PEG polymer substrate interface.
3D is a three-dimensional image of silica monolayer nanoparticles observed with an atomic force microscope.
Figure 4a is a protocol for culturing human induced pluripotent stem cells (CMC-hiPS-009) and differentiating them into cardiomyocytes, and images observed with a phase-contrast microscope for cell morphology for each culture period.
Figure 4b is an image of observing the morphology of human induced pluripotent stem cells (CMC-hiPS-009)-derived cardiomyocytes under a phase-contrast microscope on the 45th day from the day of culture.
4C is a phase contrast microscope after seeding of 5x10 5 human induced pluripotent stem cells (CMC-hiPS-009)-derived cardiomyocytes on a circular cell adhesion pattern 3D spheroid substrate (6-well plate) according to the present invention and 72 hours later observed image.
5A is an image of 5×10 5 human induced pluripotent stem cell (CMC-hiPS-009)-derived cardiomyocytes seeded in a 6-well plate and observed with a phase contrast microscope at 10× magnification 12 hours after seeding.
5B is an image of 5×10 5 human induced pluripotent stem cell (CMC-hiPS-009)-derived cardiomyocytes seeded in a 6-well plate and observed with a phase-contrast microscope at 10× magnification after 72 hours.
5c and 5d are images of 5x10 5 human induced pluripotent stem cell (CMC-hiPS-009)-derived cardiomyocytes seeded in a 6-well plate and observed with a phase contrast microscope at 20x magnification after 72 hours.
Figure 6a shows commercially available cardiomyocytes from Cellular Dynamics (iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5) thawed and cultured in a 96-well plate. After 4 days, circular cell adhesion It is an image observed with a phase contrast microscope in which cardiomyocyte spheroids are formed on the pattern.
Figure 6b shows commercially available cardiomyocytes from Cellular Dynamics (iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5) thawed and cultured in a 96-well plate. 4 days after seeding, radial cell adhesion It is an image observed with a phase contrast microscope in which cardiomyocyte spheroids are formed on the pattern.
Figure 6c shows commercially available cardiomyocytes from Cellular Dynamics (iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5) thawed and cultured in a 96-well plate, 5 days after seeding, circular cell adhesion This is an image of the cardiomyocyte spheroids on the pattern stained with cTnT, Connexin 43, and DAPI.
FIG. 6d shows thawed and cultured cardiomyocytes commercially available from Cellular Dynamics (iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5) in a 96-well plate and 5 days after seeding, radial cell adhesion This is an image of the cardiomyocyte spheroids on the pattern stained with cTnT, Connexin 43, and DAPI.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자들은 세포 스페로이드를 형성하기 위한 기판의 패턴화에 대한 연구를 하던 중, 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 최적화된 세포접착 패턴 어레이를 형성하는 경우, 심근세포 스페로이드를 균일하게 형성할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.While the present inventors were conducting research on the patterning of a substrate for forming cell spheroids, when an optimized cell adhesion pattern array is formed on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate, cardiomyocyte spheroids can be uniformly formed. It was confirmed that possible, and the present invention was completed.

본 발명은 세포 비접착성 PEG 고분자 기판;The present invention is a cell non-adhesive PEG polymer substrate;

상기 기판 상에 형성되고, 일정 간격 이격된 세포접착 패턴 어레이; 및an array of cell adhesion patterns formed on the substrate and spaced apart from each other; and

상기 세포접착 패턴 어레이 상에 형성된 심근세포 스페로이드를 포함하는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드를 제공한다.It provides a cardiomyocyte spheroid formed on a cell non-adhesive PEG polymer substrate comprising cardiomyocyte spheroids formed on the cell adhesion pattern array.

상기 세포 비접착성 PEG 고분자 기판은 PEG 하이드로겔일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The cell non-adhesive PEG polymer substrate may be a PEG hydrogel, but is not limited thereto.

상기 세포접착 패턴은 세포접착성 물질이 최소한 부분적으로 코팅된 입자를 포함할 수 있다. 여기서 세포접착성 물질은 세포접착성 펩타이드, 세포접착성 단백질 또는 세포접착성 핵산일 수 있다. 세포접착성 펩타이드는 RGD 펩타이드(Arg-Gly-Asp; RGD, Arginylglycylaspartic acid(RGD) peptide), poly-L-lysine (PLL, 폴리엘라이신) 또는 poly-D-lysine (PDL, 폴리디라이신)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 세포접착성 단백질은 콜라겐(collagen), 오스테오폰틴, 비트로넥틴(vitronectin), 피브로넥틴(fibronectin), 라미닌(laminin), 테나신(tenascin), 피브리노겐(fibrinogen) 또는 트롬보스폰딘(thrombospondin)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The cell adhesion pattern may include particles at least partially coated with a cell adhesion material. Here, the cell-adhesive material may be a cell-adhesive peptide, a cell-adhesive protein, or a cell-adhesive nucleic acid. The cell-adhesive peptide may be RGD peptide (Arg-Gly-Asp; RGD, Arginylglycylaspartic acid (RGD) peptide), poly-L-lysine (PLL, polylysine) or poly-D-lysine (PDL, polydilysine). However, the present invention is not limited thereto. The cell adhesive protein may be collagen, osteopontin, vitronectin, fibronectin, laminin, tenascin, fibrinogen, or thrombospondin. , but is not limited thereto.

또한, 상기 입자는 고분자, 무기물, 금속, 자성체, 반도체 등일 수 있으며, 서로 다른 성질의 입자들이 혼합된 것일 수도 있으나 이에 한정되지 않는다. In addition, the particles may be a polymer, an inorganic material, a metal, a magnetic material, a semiconductor, etc., and may be a mixture of particles having different properties, but is not limited thereto.

상기 고분자로는 폴리스티렌 (PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴레이트, 폴리바이닐클로라이드 (PVC), 폴리알파스티렌, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리페닐메타클릴레이트, 폴리다이페닐메타크릴레이트, 폴리사이클로헥실메타클릴레이트, 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스틸렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 등이 있다. Examples of the polymer include polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylate, polyvinyl chloride (PVC), polyalphastyrene, polybenzyl methacrylate, polyphenyl methacrylate, polydiphenyl methacrylate acrylate, polycyclohexyl methacrylate, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-methyl methacrylate copolymer, and the like.

상기 무기물로는 실리콘 산화물(일례로, SiO2), 인산은(일례로, Ag3PO4), 티타늄 산화물(일례로, TiO2), 철 산화물 (일례로, Fe2O3), 아연 산화물, 세륨 산화물, 주석 산화물, 탈륨 산화물, 바륨산화물, 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물, 구리산화물, 니켈 산화물 등이 있다.The inorganic material is silicon oxide (eg, SiO 2 ), silver phosphate (eg, Ag 3 PO 4 ), titanium oxide (eg, TiO 2 ), iron oxide (eg, Fe 2 O 3 ), zinc oxide , cerium oxide, tin oxide, thallium oxide, barium oxide, aluminum oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, copper oxide, nickel oxide, and the like.

상기 금속으로는, 금, 은, 동, 철, 백금, 알루미늄, 백금, 아연, 세륨, 탈륨, 바륨, 이트륨, 지르코늄, 주석, 티타늄, 또는 이들의 합금 등이 있다.Examples of the metal include gold, silver, copper, iron, platinum, aluminum, platinum, zinc, cerium, thallium, barium, yttrium, zirconium, tin, titanium, or an alloy thereof.

상기 반도체로는 실리콘, 게르마늄, 또는 화합물 반도체(일례로, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb 등) 등이 있다.The semiconductor includes silicon, germanium, or a compound semiconductor (eg, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, etc.).

상기 입자는 세포접착성 물질이 최소한 부분적으로 코팅된 SiO2일 수 있고, 여기서 SiO2는 stober 방법 등 알려진 방법으로 제조된 것일 수 있다. 그리고 상기 코팅은 공지의 SiO2 표면 개질방법으로 수행할 수 있고, 일례로 SiO2에 아민기를 도입하고 말레이미드기를 수식한 후에 RGD 서열이 포함된 cysteine 작용기가 수식된 펩타이드를 수식하여 RGD 펩타이드가 코팅된 SiO2 입자를 제조할 수 있다.The particles may be SiO 2 coated at least partially with a cell-adhesive material, where SiO 2 may be prepared by a known method such as a stober method. And the coating can be performed by a known SiO 2 surface modification method, for example, by introducing an amine group to SiO 2 and modifying a maleimide group, then modifying a peptide modified with a cysteine functional group containing an RGD sequence to coat the RGD peptide SiO 2 particles can be prepared.

상기 심근세포 스페로이드는 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포가 응집된 것일 수 있다.The cardiomyocyte spheroid may be an aggregate of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes.

상기 세포접착 패턴 어레이는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성되고, 일정 간격 이격된 것을 특징으로 하는데, 구체적으로, 일정 간격은 600 μm 내지 1,000 μm를 유지하는 것이 바람직하고, 800 μm 내지 1,000 μm를 유지하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The cell adhesion pattern array is formed on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate, and is characterized in that it is spaced apart at a predetermined interval, specifically, the predetermined interval is preferably maintained at 600 μm to 1,000 μm, and 800 μm to 1,000 μm. It is more preferable to maintain, but is not limited thereto.

상기 세포접착 패턴 어레이는 개별 세포접착 패턴의 복수개 배열을 의미한다. 구체적으로, 상기 개별 세포접착 패턴은 중심으로부터 둘레까지의 거리에서 1/2 지점을 기준으로 중심부 및 주변부로 구분되고, 상기 중심부는 상기 주변부에 비해 단위면적당 접착력이 높을 수 있다. 이때, 상기 단위면적당 접착력은 세포접착 패턴 밀도 또는 세포접착 패턴 재질에 의해 조절될 수 있는데, 단위면적당 접착력을 높이기 위해서는, 단위면적당 접착 패턴이 프린팅된 면적(즉, 세포접착 패턴 밀도)을 증가시키거나, 세포접착 강도가 높은 세포접착 패턴 재질을 적용할 수 있다.The cell adhesion pattern array means a plurality of arrangement of individual cell adhesion patterns. Specifically, the individual cell adhesion pattern is divided into a central portion and a peripheral portion based on a 1/2 point at a distance from the center to the circumference, and the central portion may have a higher adhesive force per unit area than the peripheral portion. At this time, the adhesive force per unit area can be controlled by the cell adhesion pattern density or the cell adhesion pattern material. , a cell adhesion pattern material with high cell adhesion strength can be applied.

특히, 상기 주변부는 중심부로부터 방사형으로 형성된 하나 이상의 유도선을 포함할 수 있다. 이때, 상기 유도선의 길이, 두께 및 수는 다양하게 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유도선의 길이는 100 μm 내지 500 μm, 바람직하게는 200 내지 400 μm, 보다 바람직하게는 250 내지 350 μm이고, 상기 유도선의 두께는 1 μm 내지 20 μm, 바람직하게는 1 내지 10 μm 미만이며, 상기 유도선의 수는 20개 내지 100개일 수 있다. 이로써, 상기 심근세포 스페로이드를 상기 개별 세포접착 패턴 내 중심부에 집중하여 위치시킬 수 있다. 특히, 유도선의 길이, 두께 및 수를 최적화함으로써, 세포를 1회 시딩 및 배양하더라도, 심근세포 스페로이드를 균일하게 형성시킬 수 있는 이점을 가진다.In particular, the perimeter may include one or more guide lines formed radially from the center. In this case, the length, thickness, and number of the guide lines may be variously adjusted. More specifically, the length of the guide line is 100 μm to 500 μm, preferably 200 to 400 μm, more preferably 250 to 350 μm, and the thickness of the guide line is 1 μm to 20 μm, preferably 1 to 10 less than μm, and the number of the guide lines may be 20 to 100. Thereby, the cardiomyocyte spheroids can be centrally located in the center within the individual cell adhesion pattern. In particular, by optimizing the length, thickness and number of guide lines, even when cells are seeded and cultured once, it has the advantage of uniformly forming cardiomyocyte spheroids.

예컨대, 상기 개별 세포접착 패턴은 원형 또는 방사형, 바람직하게는 방사형, 보다 바람직하게는 유도선의 두께가 10 μm 미만으로 얇은 방사형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, the individual cell adhesion pattern may have a circular or radial shape, preferably a radial shape, and more preferably a thin radial shape with a guide line having a thickness of less than 10 μm, but is not limited thereto.

상기 심근세포 스페로이드는 상기 세포접착 패턴 어레이 상에 형성된 것을 특징으로 하는데, 3차원 형태로, 평균 직경이 100 μm 내지 500 μm인 것이, 사람의 심근조직과 유사한 사이즈를 구현할 수 있다는 측면에서 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The cardiomyocyte spheroid is characterized in that it is formed on the cell adhesion pattern array, in a three-dimensional form, it is preferable that an average diameter of 100 μm to 500 μm can implement a size similar to that of human myocardial tissue. , but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 (a) 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 일정 간격 이격된 세포접착 패턴 어레이를 형성하는 단계; 및In addition, the present invention comprises the steps of (a) forming a cell adhesion pattern array spaced apart at regular intervals on a cell non-adhesive PEG polymer substrate; and

(b) 상기 세포접착 패턴 어레이 상에 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포를 시딩(seeding) 및 배양하여 심근세포 스페로이드를 형성하는 단계를 포함하는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 심근세포 스페로이드를 제조하는 방법을 제공한다.(b) seeding and culturing human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes on the cell adhesion pattern array to form cardiomyocyte spheroids on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate provides a method for manufacturing

먼저, 본 발명에 따른 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 심근세포 스페로이드의 형성방법은 상기 기판 상에 일정 간격 이격된 세포접착 패턴 어레이를 형성하는 단계[(a) 단계]를 포함한다. 이로써, 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포는 상기 기판 상에 형성된 세포접착 패턴 어레이 상에 시딩 및 배양될 수 있다.First, the method for forming cardiomyocyte spheroids on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate according to the present invention includes the step of forming an array of cell adhesion patterns spaced apart at regular intervals on the substrate [step (a)]. Thereby, human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes can be seeded and cultured on the cell adhesion pattern array formed on the substrate.

상기 기판은 시판되는 밀착성 고분자 기판 위에 복수의 실리카 입자를 압력을 가해 코팅하여 제조할 수 있다.The substrate may be prepared by coating a plurality of silica particles by applying pressure on a commercially available adhesive polymer substrate.

상기 세포접착 패턴 어레이에 대해서는 전술한 바와 같으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다.Since the cell adhesion pattern array is the same as described above, a redundant description will be omitted.

다음으로, 본 발명에 따른 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 심근세포 스페로이드의 형성방법은 상기 세포접착 패턴 어레이 상에 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포를 시딩(seeding) 및 배양하여 심근세포 스페로이드를 형성하는 단계[(b) 단계]를 포함한다.Next, in the method for forming cardiomyocyte spheroids on a cell-non-adhesive PEG polymer substrate according to the present invention, human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes are seeded and cultured on the cell adhesion pattern array to form cardiomyocytes. and forming a roid [step (b)].

상기 심근세포는 시판되는 것을 사용하거나 인간 유도만능줄기세포를 배양하여 분화된 것을 사용할 수 있다.As the cardiomyocytes, commercially available ones may be used or those differentiated by culturing human induced pluripotent stem cells may be used.

상기 세포접착 패턴 어레이 상에 시딩되는 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포는 2 내지 1000000 세포/웰, 50 내지 800000 세포/웰 또는 100 내지 600000 세포/웰일 수 있고, 상기 배양은 30 내지 40℃의 조건에서 수행될 수 있다. 경우에 따라, 상기 시딩 및 배양은 2회 이상 반복할 수 있고, 이 경우, 웰당 시딩되는 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포의 수는 반복 횟수로 나누어질 수 있다.Human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes seeded on the cell adhesion pattern array may be 2 to 1000000 cells/well, 50 to 800000 cells/well, or 100 to 600000 cells/well, and the culture is performed at 30 to 40°C. can be performed in In some cases, the seeding and culture may be repeated two or more times. In this case, the number of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes seeded per well may be divided by the number of repetitions.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성된 심근세포 스페로이드는 세포 비접착성 PEG 고분자 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 일정 간격 이격된 세포접착 패턴 어레이; 상기 세포접착 패턴 어레이 상에 형성된 심근세포 스페로이드를 포함하는 것을 특징으로 하는바, 대규모 심근세포 스페로이드 상에 심근세포의 응집을 효과적으로 제어할 수 있다.As described above, the cardiomyocyte spheroids formed on the cell-non-adhesive PEG polymer substrate according to the present invention include: the cell-non-adhesive PEG polymer substrate; an array of cell adhesion patterns formed on the substrate and spaced apart from each other; It is characterized in that it comprises cardiomyocyte spheroids formed on the cell adhesion pattern array, so that it is possible to effectively control the aggregation of cardiomyocytes on large-scale cardiomyocyte spheroids.

특히, 상기 기판 상에 일정 간격 이격된 세포접착 패턴 어레이를 형성함으로써, 상기 심근세포 스페로이드는 상기 세포접착 패턴 어레이의 개별 세포접착 패턴 내 중심부에 집중하여 위치할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 심근세포 스페로이드 간의 일정 간격을 유지할 수 있다.In particular, by forming a cell adhesion pattern array spaced apart at regular intervals on the substrate, the cardiomyocyte spheroids can be centrally located in the individual cell adhesion pattern of the cell adhesion pattern array, as well as the cardiomyocyte adhesion pattern array. It is possible to maintain a certain distance between the roids.

이하, 본 발명을 제조예 및 실시예를 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through Preparation Examples and Examples.

단, 후술하는 제조예 및 실시예는 본 발명을 일 측면에서 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.However, Preparation Examples and Examples to be described below are merely illustrative of the present invention in detail in one aspect, and the present invention is not limited thereto.

<제조예 1> 세포 비접착성 PEG 고분자 기판의 준비<Preparation Example 1> Preparation of cell-non-adhesive PEG polymer substrate

(1) RGD 펩타이드가 접착된 SiO(1) SiO to which RGD peptide is attached 22 입자의 준비 Preparation of particles

SiO2(실리카, silica)입자는 Stober 방법에 따라 제조하였는데, 약 300 nm 직경의 SiO2 입자합성을 위해 삼각 플라스크에 absolute ethanol 1000 mL, 28 wt%인 암모니아 수용액 40 mL 및 물 80 mL를 넣고 약 10분간 혼합하였다. 그리고 TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 60 mL를 첨가하여 12시간 동안 실온에서 혼합하였다. 입자의 크기를 증가시키기 위해 TEOS를 지속적으로 추가하였고, 입자직경이 약 750 nm에 도달하였을 때에 TEOS의 주입을 중지하였다. SiO 2 (silica, silica) particles were prepared according to the Stober method. For synthesizing SiO 2 particles with a diameter of about 300 nm, 1000 mL of absolute ethanol, 40 mL of 28 wt% ammonia solution, and 80 mL of water were added to an Erlenmeyer flask and about Mix for 10 minutes. Then, 60 mL of TEOS (Tetraethyl orthosilicate) was added and mixed at room temperature for 12 hours. TEOS was continuously added to increase the particle size, and the injection of TEOS was stopped when the particle diameter reached about 750 nm.

입자직경이 750 nm인 SiO2는 원심분리를 통해 3회 에탄올로 정제하여 용액상으로 보관하였다. 에탄올에 보관중인 750 nm SiO2 입자는 초음파처리를 통해 고르게 분산시키고, 용액 부피에 대해 0.1% (v/v)인 3-aminopropyltriethoxysilane(APTES)을 주입하여 12시간 동안 반응을 시켰다. 상기 반응을 통해, 아민(amine) 작용기가 도입된 SiO2 입자는 3회 ethanol로 정제하고, 오븐에서 80℃로 12시간 동안 건조하였다. 아민 작용기가 도입된 실리카 입자는 50 mg/mL 농도가 되도록, pH 7.4 및 0.05 M인 인산 버퍼에 분산시킨 후, 0.1 mg/mL 농도인 4-(N-Maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxylic acid 3-sulfo-N-hydroxysuccinimide ester sodium salt(sulfo-SMCC) 시약을 첨가하여 입자 표면에 말레이미드(maleimide)기를 수식하였다.SiO 2 having a particle diameter of 750 nm was purified with ethanol three times through centrifugation and stored as a solution. 750 nm SiO 2 particles stored in ethanol were uniformly dispersed through sonication, and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) of 0.1% (v/v) was injected with respect to the solution volume and reacted for 12 hours. Through the reaction, SiO 2 particles introduced with an amine functional group were purified with ethanol three times, and dried in an oven at 80° C. for 12 hours. Silica particles introduced with an amine functional group were dispersed in a phosphate buffer having a pH of 7.4 and 0.05 M to a concentration of 50 mg/mL, and then 4-(N-Maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxylic acid 3- (N-Maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxylic acid 3- having a concentration of 0.1 mg/mL A maleimide group was modified on the particle surface by adding sulfo-N-hydroxysuccinimide ester sodium salt (sulfo-SMCC) reagent.

말레이미드기가 수식된 입자는 원심분리를 통해 3회 증류수로 정제하고 pH 6.6 및 0.05 M인 HEPES(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) 버퍼에 분산시킨 후, 0.1 mg/ml 농도인 RGD 서열이 포함된 시스테인(cysteine) 작용기가 수식된 펩타이드를 첨가하였고, 환원제인 0.01 mg/mL 농도의 tris(2-carboxyethyl)phosphine(TCEP)를 첨가하여 12시간 동안 반응시켰다. 반응이 완료된 SiO2 입자는 원심분리를 통해 3회 증류수로 정제를 수행하여 RGD 펩타이드가 코팅된 SiO2를 제조하였다.The maleimide group-modified particles were purified with distilled water three times through centrifugation and dispersed in HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) buffer at pH 6.6 and 0.05 M, and then at a concentration of 0.1 mg/ml. A peptide modified with a cysteine functional group containing the RGD sequence was added, and a reducing agent, tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP) at a concentration of 0.01 mg/mL was added and reacted for 12 hours. After the reaction was completed, the SiO 2 particles were purified with distilled water three times through centrifugation to prepare SiO 2 coated with RGD peptide.

(2) 원형 세포접착 패턴 어레이가 형성된 기판의 준비(2) Preparation of a substrate on which a circular cell adhesion pattern array is formed

실가드(Sylgard) 184 (미국, 다우코닝)제품 기준 10 % 중량부의 경화제를 포함하여 형성된 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 이루어진 밀착성 고분자 기판을 준비하였다. 상기 밀착성 고분자 기판 위에 복수의 실리카 입자를 올려놓고, 라텍스 필름으로 감싼 스폰지를 이용하여 손으로 압력을 가하면서 문질러, 밀착성 고분자 기판의 표면에 오목부를 형성하면서 실리카 및 폴리스티렌(PS)입자와 밀착성 고분자 기판을 결합하여 실리카코팅막을 형성함으로써, 세포 비접착성 재질로서 폴리에틸렌글리콜(PEG) 하이드로겔로 형성된 기판 상에 중심부 간 간격이 800 μm으로 이격된 원형 세포접착 패턴 어레이가 형성되었다.An adhesive polymer substrate made of polyethylene glycol (PEG) was prepared by including 10% by weight of a curing agent based on Sylgard 184 (Dow Corning, USA) product. A plurality of silica particles are placed on the adhesive polymer substrate and rubbed while applying pressure by hand using a sponge wrapped in latex film to form a recess on the surface of the adhesive polymer substrate while forming a recess on the surface of the adhesive polymer substrate with silica and polystyrene (PS) particles and adhesive polymer substrate By bonding to form a silica-coated film, a circular cell adhesion pattern array with a center-to-center spacing of 800 μm spaced apart on a substrate formed of polyethylene glycol (PEG) hydrogel as a cell non-adhesive material was formed.

이때, 원형 세포접착 패턴의 직경은 400 μm이고, 패턴화는 상기의 방법으로 준비한 세포 접착성 RGD 펩타이드(Arg-Gly-Asp; RGD, Arginylglycylaspartic acid(RGD) peptide)가 코팅된 SiO2 입자를 이용하되, 포토마스크를 통해 자외선을 국부적으로 노광(exposure)하는 방식으로 수행하였다.At this time, the diameter of the circular cell adhesion pattern is 400 μm, and the patterning is performed using the SiO 2 particles coated with the cell adhesion RGD peptide (Arg-Gly-Asp; RGD, Arginylglycylaspartic acid (RGD) peptide) prepared by the above method. However, it was carried out in a manner of locally exposing ultraviolet rays through a photomask.

상기 방법에 따라 제조된 원형 세포접착 패턴 어레이가 형성된 기판을 광학 이미지, 공초점 레이저 현미경, 원자간력 현미경으로 관찰하였고, 패턴된 실리카 나노입자의 사이즈가 750 nm임을 확인하였다(도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3d 참조).The substrate on which the circular cell adhesion pattern array prepared according to the above method was formed was observed with an optical image, a confocal laser microscope, and an atomic force microscope, and it was confirmed that the size of the patterned silica nanoparticles was 750 nm (Figs. 2a to 2d). and FIGS. 3A-3D ).

(3) 방사형 세포접착 패턴 어레이가 형성된 기판의 준비(3) Preparation of the substrate on which the radial cell adhesion pattern array is formed

실가드(Sylgard) 184 (미국, 다우코닝)제품 기준 10 % 중량부의 경화제를 포함하여 형성된 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 이루어진 밀착성 고분자 기판을 준비하였다. 상기 밀착성 고분자 기판 위에 복수의 실리카 입자를 올려놓고, 라텍스 필름으로 감싼 스폰지를 이용하여 손으로 압력을 가하면서 문질러, 밀착성 고분자 기판의 표면에 오목부를 형성하면서 실리카 및 폴리스티렌(PS)입자와 밀착성 고분자 기판을 결합하여 실리카코팅막을 형성함으로써, 세포 비접착성 재질로서 폴리에틸렌글리콜(PEG) 하이드로겔로 형성된 기판 상에, 중심부 간 간격이 800 μm으로 이격된 방사형 세포접착 패턴 어레이를 형성되었다. An adhesive polymer substrate made of polyethylene glycol (PEG) was prepared by including 10% by weight of a curing agent based on Sylgard 184 (Dow Corning, USA) product. A plurality of silica particles are placed on the adhesive polymer substrate and rubbed while applying pressure by hand using a sponge wrapped in latex film to form a recess on the surface of the adhesive polymer substrate while forming a recess on the surface of the adhesive polymer substrate with silica and polystyrene (PS) particles and adhesive polymer substrate By bonding to form a silica-coated film, a radial cell adhesion pattern array with a center-to-center spacing of 800 μm spaced apart on a substrate formed of polyethylene glycol (PEG) hydrogel as a cell non-adhesive material was formed.

이때, 방사형 세포접착 패턴의 직경(유도선 길이Х2)은 400 μm이고, 유도선 두께 및 수는 10 μm 및 72개이며, 패턴화는 세포 접착성 RGD 펩타이드(Arg-Gly-Asp; RGD, Arginylglycylaspartic acid(RGD) peptide)가 코팅된 SiO2 입자를 이용하되, 포토마스크를 통해 자외선을 국부적으로 노광(exposure)하는 방식으로 수행하였다.At this time, the diameter (guide line length Х2) of the radial cell adhesion pattern was 400 µm, the guide line thickness and number were 10 µm and 72 pieces, and the patterning was performed using the cell adhesion RGD peptide (Arg-Gly-Asp; RGD, Arginylglycylaspartic). acid (RGD) peptide) coated SiO 2 particles were used, but local exposure to ultraviolet light through a photomask was performed.

<제조예 2> 인간 유도만능줄기세포를 배양하여 분화되는 심근세포의 준비<Preparation Example 2> Preparation of differentiated cardiomyocytes by culturing human induced pluripotent stem cells

질병관리본부 줄기세포 은행에서 분양받은 인간 유도만능줄기세포 (CMC-hiPSC-009)를 자체 심근세포로 분화시키기 위해, 웰당 10 μg의 비트로넥틴 XF(Vitronectin XF, Cat#.07180, Stem cell technologies)를 첨가하여, 6 well 플레이트의 웰을 코팅하였다. 코팅된 플레이트에 인간 유도 만능 줄기세포(CMC-hiPSC-009)를 TeSR™-E8™배지(Cat#.05940, Stem cell technologies)를 이용하여 37℃, 5% CO2 조건하에서 배양하여 준비하고, 계대배양 기간 동안에는 배지를 매일 교체하였다. 이렇게 배양한 세포를 심근세포로의 분화를 위해, 전배양 단계를 실시하였다. To differentiate human induced pluripotent stem cells (CMC-hiPSC-009) from the Korea Centers for Disease Control and Prevention into their own cardiomyocytes, 10 μg of Vitronectin XF (Vitronectin XF, Cat#.07180, Stem cell technologies) per well was added to coat the wells of a 6 well plate. Prepared by culturing human induced pluripotent stem cells (CMC-hiPSC-009) on a coated plate using TeSR™-E8™ medium (Cat#.05940, Stem cell technologies) at 37°C, 5% CO 2 conditions, The medium was changed daily during the subculture period. In order to differentiate the cultured cells into cardiomyocytes, a pre-culture step was performed.

먼저, Matrigel-hESC qualified Matrix (Corning, Cat#.354277)를 DMEM/F12 배지를 사용하여 200:1의 부피비로 희석하고, 이를 6-웰 플레이트의 웰당 200 mL가 되도록 첨가하고, 37℃, 5% CO2 조건하에서 1시간 동안 방치하여 플레이트의 웰을 코팅하였다. 코팅된 플레이트의 웰에 인간 유도만능 줄기세포를 웰당 5x105 개가 되도록 분주한 후, ROCK 억제제인 10 μM의 Y27632(Stemgent, Cat#.04-0012-02)가 첨가된 mTeSR™배지(Cat#.5850, Stem cell technologies)를 이용하여 배양하였다. First, the Matrigel-hESC qualified Matrix (Corning, Cat#.354277) was diluted at a volume ratio of 200:1 using DMEM/F12 medium, and it was added to 200 mL per well of a 6-well plate, 37°C, 5 The wells of the plate were coated by standing for 1 hour under % CO 2 conditions. After dispensing 5x10 5 human induced pluripotent stem cells into the wells of the coated plate, mTeSR™ medium (Cat#. 5850, Stem cell technologies).

배양 후 세포의 밀도가 100% 되는 때에 Growth factor reduced form Matrigel (Corning, Cat# 354230) 가 200:1로 희석된 STEMdiff™APEL™ 2 Medium 배지에 10 μM의 CHIR99021(Selleckchem, Cat#.S2924)을 첨가하고, 배양하였다. 24시간 이후, 배지를 제거하고 새로운 STEMdiff™APEL™ 2 Medium(STEMCELL TECHNOLOGIES, cat# 05270)으로 교체해 주고, 배양한 날로부터 3일 후에는 인슐린이 첨가되지 않은 B27 보충제(Invitrogen, Cat# A1895601)를 RPMI-1640 배지(Gibco, Cat#11875) 50 mL에 200:1의 부피로 희석한 분화 배지로 갈아주고 5 μM의 IWP4 (Stemgent, Cat# 04-0036)를 첨가하였다.After culture, when the cell density becomes 100%, 10 μM of CHIR99021 (Selleckchem, Cat#.S2924) was added to STEMdiff™APEL™ 2 Medium medium in which Growth factor reduced form Matrigel (Corning, Cat# 354230) was diluted 200:1. added and incubated. After 24 hours, the medium was removed and replaced with new STEMdiff™APEL™ 2 Medium (STEMCELL TECHNOLOGIES, cat# 05270). After 3 days of culture, B27 supplement without insulin (Invitrogen, Cat# A1895601) was administered. 50 mL of RPMI-1640 medium (Gibco, Cat#11875) was replaced with a differentiation medium diluted at a volume of 200:1, and 5 μM of IWP4 (Stemgent, Cat# 04-0036) was added.

배양한 날로부터 5일 후에는 상기 분화 배지로 갈아준 후, 2일마다 새로운 분화 배지로 교체하며 성공적으로 심근세포로 분화시켰다. 배양한 날로부터 8일 후에는 심근세포가 박동(beating)하는 것을 관찰할 수 있었다. 이렇게 분화시킨 심근세포를 계속적으로 배양하고, 배양한 날로부터 45일 후에는 회수하여, 하기 실시예에서 원형 세포접착 패턴 어레이가 형성된 기판에 시딩하는 데 사용하였다(도 4a 및 4b 참조).After 5 days from the culture day, the differentiation medium was replaced, and the new differentiation medium was replaced every 2 days to successfully differentiate into cardiomyocytes. After 8 days from the day of culture, it was possible to observe that the cardiomyocytes were beating (beating). The differentiated cardiomyocytes were continuously cultured, recovered 45 days after the culture day, and used for seeding on a substrate on which a circular cell adhesion pattern array was formed in the following example (see FIGS. 4A and 4B ).

<제조예 3> 심근세포의 해동 및 배양<Preparation Example 3> Thaw and culture of cardiomyocytes

시판되는 Cellular Dynamics 사의 심근세포(iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5)를 해동하고 배양한 후에, 하기 실시예에서 기판에 시딩하는 데 사용하였는데, 구체적인 과정은 하기와 같다.After thawing and culturing commercially available cardiomyocytes from Cellular Dynamics (iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5), they were used for seeding on a substrate in the following examples, and the specific procedure is as follows.

-80℃에 보관하던 iCell Cardiomyocytes Plating Medium(iCell, M1001) 및 iCell Cardiomyocytes Maintenance Medium(iCell, M1003)를 꺼내어, 냉장고에 4℃로 보관하여 하루동안 천천히 녹인다. 시판되는 Cellular Dynamics 사의 심근세포가 6 well 플레이트에 잘 접착하게 하기 위해, 0.1% 젤라틴(STEMCELL Technologies, 07903)을 6 well 플레이트의 well당 1mL씩 분주하여 상온에서 약 1시간 동안 코팅하였고, 4℃에서 보관하던 Plating Medium을 상온에서 1시간 동안 두었다. Take out the iCell Cardiomyocytes Plating Medium (iCell, M1001) and iCell Cardiomyocytes Maintenance Medium (iCell, M1003) stored at -80℃, and store at 4℃ in the refrigerator to thaw slowly for one day. In order to make commercially available cardiomyocytes from Cellular Dynamics adhere well to a 6-well plate, 1 mL of 0.1% gelatin (STEMCELL Technologies, 07903) was dispensed per well of a 6-well plate and coated for about 1 hour at room temperature, at 4°C. The stored Plating Medium was left at room temperature for 1 hour.

액체질소에 보관되어 있는 심근세포 튜브를 꺼내어 37℃ 항온 수조에 3 내지 4분간 넣고, 녹은 심근세포 튜브를 무균작업대에 넣었다. 1 mL의 Plating Medium를 튜브에 넣고, 튜브에 있는 모든 용액을 50 mL 크기인 별도의 빈 튜브에 천천히 넣었다. 이후 다시 심근세포가 들어있었던 빈 튜브에 1 mL의 Plating Medium을 넣고, 상기 용액을 약 4 내지 5초 간격으로 한 방울씩 떨어트리고, 8 mL의 Plating Medium을 2 내지 3초 간격으로 한 방울씩 떨어트린 후, 튜브를 닫고 천천히 2 내지 3번 뒤집어 주고 트립판블루(trypan blue)를 이용하여 세포의 수를 확인하였다.The cardiomyocyte tube stored in liquid nitrogen was taken out and placed in a constant temperature water bath at 37° C. for 3 to 4 minutes, and the melted cardiomyocyte tube was placed on a sterile workbench. 1 mL of Plating Medium was placed in a tube, and all the solutions in the tube were slowly placed in a separate 50 mL empty tube. Afterwards, 1 mL of Plating Medium is added to the empty tube containing cardiomyocytes again, and the solution is added dropwise at intervals of about 4 to 5 seconds, and 8 mL of Plating Medium is added dropwise at intervals of 2 to 3 seconds. After try-in, the tube was closed, turned over slowly 2-3 times, and the number of cells was checked using trypan blue.

6 well 플레이트의 well당 2 mL의 Plating Medium을 분주하고, 각 well에 심근세포의 수가 6x105만큼 되도록 분주하여, 37℃ 및 5% CO2 조건 하에서 4℃로 보관하던 Maintenance Medium을 이용하여 24시간 동안 배양하였다. 이후 각 well에 2 mL의 Maintenance Medium으로 교체해주었으며, 37℃ 및 5% CO2 조건을 유지하며 격일로 새로운 2 mL의 Maintenance Medium으로 교체하였다. 배양을 시작하고 2일 후 심근세포의 박동을 확인할 수 있었고, 이를 원형 세포접착 패턴 또는 방사형 세포접착 패턴 어레이가 형성된 기판에 시딩하는 데 사용하였다.Dispense 2 mL of Plating Medium per well of a 6-well plate, dispense so that the number of cardiomyocytes is 6x10 5 in each well, and use Maintenance Medium stored at 4°C under 37°C and 5% CO 2 conditions for 24 hours incubated during After that, each well was replaced with 2 mL of Maintenance Medium, maintained at 37°C and 5% CO 2 , and replaced with a new 2 mL of Maintenance Medium every other day. After 2 days from the start of the culture, the beating of cardiomyocytes could be confirmed, and this was used for seeding on a substrate on which a circular cell adhesion pattern or a radial cell adhesion pattern array was formed.

<실시예 1> 심근세포의 시딩을 통한 심근세포 스페로이드의 형성<Example 1> Formation of cardiomyocyte spheroids through seeding of cardiomyocytes

제조예 1에서 준비한 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에, 심근세포 스페로이드가 형성되는지를 확인하기 위하여 하기의 실험을 수행하였고, 그 결과를 도 4c, 도 5a 내지 도 5d, 도 6a 및 도 6b에 나타내었다.On the cell-non-adhesive PEG polymer substrate prepared in Preparation Example 1, the following experiment was performed to confirm whether cardiomyocyte spheroids were formed, and the results are shown in FIGS. 4c, 5a to 5d, 6a and 6b. shown in

(1) 원형 세포접착 패턴 심근세포 스페로이드의 형성 (1) Formation of circular cell adhesion pattern cardiomyocyte spheroids

[인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPSC-009)로부터 자체 분화시킨 심근세포의 배양 및 시딩][Culturing and seeding of cardiomyocytes self-differentiated from human induced pluripotent stem cells (CMC-hiPSC-009)]

심근세포 스페로이드의 형성을 위해, 제조예 1의 (2)에서 준비한 원형 세포접착 패턴 어레이가 형성된 기판에 있는 나노입자가 패턴된 6-well plate에, 제조예 2의 인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPSC-009)로부터 자체 분화시킨 심근세포(human pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte, hiPSC-CM)를 5×105 개씩 총 100 μL 부피로 각 well 에 시딩(seeding)하였다. For the formation of cardiomyocyte spheroids, the human induced pluripotent stem cells (CMC) of Preparation Example 2 in a 6-well plate patterned with nanoparticles on the substrate on which the circular cell adhesion pattern array prepared in (2) of Preparation Example 1 is formed. -hiPSC-009) self-differentiated cardiomyocytes (human pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte, hiPSC-CM) were seeded in each well in a total volume of 100 μL, 5×10 5 each.

시딩하고 24시간 이후에 위상차 현미경으로 세포를 관찰한 결과, 원형 패턴 안에 3차원 형태의 스페로이드가 형성됨을 확인할 수 있었으며, 시딩하고 72시간 후에도 떨어지지 않고, 더욱 세포가 응집된 형태로 접착되어 있음을 확인할 수 있었다(도 4c 및 도 5a 내지 도 5d 참조).As a result of observing the cells with a phase-contrast microscope 24 hours after seeding, it was confirmed that three-dimensional spheroids were formed in a circular pattern, did not fall off even after 72 hours after seeding, and further confirmed that the cells were adhered in an aggregated form. was confirmed (see FIGS. 4C and 5A to 5D).

[Cellular Dynamics 사의 심근세포의 시딩][Seeding of cardiomyocytes from Cellular Dynamics]

심근세포 스페로이드의 형성을 위해, 제조예 1의 (2)에서 준비한 원형 세포접착 패턴 어레이가 형성된 기판에 있는 나노입자가 패턴된 96-well plate에, 제조예 3의 심근세포, 즉 시판되는 Cellular Dynamics 사의 심근세포(iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5)를 해동(thawing) 및 배양한 것을 1×105 개씩 총 100 μL 부피로 각 well 에 시딩(seeding)하였다.For the formation of cardiomyocyte spheroids, the cardiomyocytes of Preparation Example 3, that is, commercially available Cellular, in a 96-well plate in which nanoparticles are patterned on the substrate on which the circular cell adhesion pattern array prepared in (2) of Preparation Example 1 is formed. Cardiomyocytes from Dynamics (iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5) were thawed and cultured, 1×10 5 each, in a total volume of 100 μL, and seeded in each well.

시딩하고 12시간이 지난 후에 위상차 현미경으로 세포를 관찰한 결과, 심근세포들이 원형 패턴 안에 3차원 형태의 스페로이드가 형성됨을 확인할 수 있었으며, 시딩하고 72시간 후에도 떨어지지 않고, 더욱 세포가 응집된 3차원 형태의 스페로이드로 접착되어 있음을 확인할 수 있었다.As a result of observing the cells with a phase-contrast microscope 12 hours after seeding, it was confirmed that the cardiomyocytes formed a three-dimensional spheroid in a circular pattern. It was confirmed that it was adhered to a spheroid in the form of a spheroid.

인간 유도만능줄기세포(CMC-hiPSC-009)로부터 자체 분화시킨 심근세포를 배양한 경우 및 시판되는 심근세포를 해동하고 배양한 경우 모두 원형 세포접착 패턴 어레이가 형성된 기판에 시딩하였을 때, 세포가 응집되어 3차원 형태의 심근세포 스페로이드가 형성되었다.In both cases of culturing cardiomyocytes differentiated from human induced pluripotent stem cells (CMC-hiPSC-009) and thawing and culturing commercially available cardiomyocytes, when seeded on a substrate having a circular cell adhesion pattern array, cells aggregated As a result, a three-dimensional cardiomyocyte spheroid was formed.

(2) 원형 세포접착 패턴 및 방사형 세포접착 패턴의 심근세포 스페로이드 형성 (2) Cardiomyocyte spheroid formation of circular cell adhesion pattern and radial cell adhesion pattern

심근세포 스페로이드 형성을 위해, 제조예 1의 (2) 및 (3)에서 제조한 각 기판에 있는 96-well plate에 제조예 3의 심근세포, 즉 시판되는 Cellular Dynamics 사의 심근세포(iCell Cardiomyocytes2 Kit, 01434, cat# CMC-100-012-000.5)를 해동(thawing) 및 배양한 것을 1×105 개씩 각각 시딩(seeding)하였다.For cardiomyocyte spheroid formation, the cardiomyocytes of Preparation Example 3, i.e., commercially available cardiomyocytes (iCell Cardiomyocytes2 Kit) from Cellular Dynamics, were placed on a 96-well plate on each substrate prepared in (2) and (3) of Preparation Example 1. , 01434, cat# CMC-100-012-000.5) were thawed and cultured 1×10 5 each was seeded.

시딩하고 24시간 후에 세포를 관찰한 결과, 원형 세포접착 패턴 및 방사형 세포접착 패턴 기판 모두에서 심근세포(cardiomyocyte)들이 강하게 접착되어 있고, 스페로이드 형태를 이루고 있음을 확인하였으며, 각 기판에 접착된 심근세포 스페로이드들이 박동(Beating)하는 것을 확인하였다As a result of observing the cells 24 hours after seeding, it was confirmed that cardiomyocytes were strongly adhered to both the circular cell adhesion pattern and the radial cell adhesion pattern substrate and formed a spheroid shape, and the myocardium adhered to each substrate It was confirmed that the cell spheroids were beating (Beating).

또한, 시딩하고 4일 후에는, 원형 세포접착 패턴 및 방사형 세포접착 패턴 위의 심근세포 스페로이드들이 더욱 동기화(synchronized)되어가며, 박동(Beating) 속도가 일정한 심근세포 스페로이드가 유지됨을 확인하였다(도 6a 및 도 6b 참조).In addition, 4 days after seeding, the cardiomyocyte spheroids on the circular cell adhesion pattern and the radial cell adhesion pattern became more synchronized, and it was confirmed that the cardiomyocyte spheroids with a constant beating rate were maintained ( 6a and 6b).

<실험예 1> 심근세포 스페로이드에 대한 면역형광염색 <Experimental Example 1> Immunofluorescence staining for cardiomyocyte spheroids

본 발명에 따른 심근세포 스페로이드에 대해 심근세포 마커의 발현을 확인하기 위해 하기의 방법으로 면역형광염색 실험을 수행하였고 그 결과를 도 6c 및 도 6d에 나타내었다. 심근세포 마커인 cTnT 항체 (invitrogen, Mouse host, cat # MA1-26935, 1:50)와 gap junction 단백질인 Connexin 43 (Cx43, 또한 GJA1로도 알려짐; Abcam, Rabbit host, cat#. ab217676, 1:50) 항체를 활용하여 면역형광염색을 수행하면, 실시예 1의 (2)에서 형성된 스페로이드가 심근세포 스페로이드인지 여부를 확인할 수 있다.In order to confirm the expression of cardiomyocyte markers on the cardiomyocyte spheroids according to the present invention, an immunofluorescence staining experiment was performed in the following manner, and the results are shown in FIGS. 6c and 6d . The cardiomyocyte marker cTnT antibody (invitrogen, Mouse host, cat # MA1-26935, 1:50) and the gap junction protein Connexin 43 (Cx43, also known as GJA1; Abcam, Rabbit host, cat#. ab217676, 1:50) ) When immunofluorescent staining is performed using an antibody, it can be confirmed whether the spheroid formed in (2) of Example 1 is a cardiomyocyte spheroid.

기판에 시딩하고 5일 후의 세포를 DPBS(Dulbecco's phosphate-buffered saline)로 3회 세척하고, 4% 파라포름알데하이드를 100 μL만큼 넣고 실온에서 20분 동안 반응시켜 세포를 고정한다. 고정된 세포를 DPBS로 2회 세척한 후, 1M Glycine을 20 μL만큼 넣고 실온에서 5분간 반응시켜 남아있는 4% 파라포름알데하이드를 퀀칭(quenching)시켜준다. 이후 DPBS로 1회 세척한 후 0.5% Triton X-100 용액을 200 μL 넣고 실온에서 5분간 반응시켜 투과화(Permeabilization)시켜준다.Cells 5 days after seeding on the substrate are washed 3 times with DPBS (Dulbecco's phosphate-buffered saline), 100 μL of 4% paraformaldehyde is added, and the cells are reacted at room temperature for 20 minutes to fix the cells. After washing the fixed cells twice with DPBS, add 20 μL of 1M Glycine and react at room temperature for 5 minutes to quench the remaining 4% paraformaldehyde. After washing once with DPBS, 200 μL of 0.5% Triton X-100 solution is added and reacted at room temperature for 5 minutes for permeabilization.

투과화된 세포를 0.1% Triton X-100 용액으로 3회 세척한 후, 2% BSA(Bovine Serum Albumin)가 첨가되어있는 0.1% Triton X-100 용액에 1차 항체를 희석시켜 100 μL만큼 넣어주고 37℃에서 1시간 동안 반응시킨다. 반응 이후, 세포를 0.1% Triton X-100으로 3회 세척하여 남은 1차 항체를 제거한다. 새로운 2% BSA가 첨가 되어있는 0.1% Triton X-100 용액에 2차 항체(anti-Mouse Alexa 488(cTnT): invitrogen, A-10680, 1:5,000; anti-Rabbit Alexa 594(Connexin 43): invitrogen, A-11037, 1:500)를 희석시켜 100 μL만큼 넣고 실온에서 45분간 반응시킨 후, 0.1% Triton X-100 용액으로 4회 세척한다. After washing the permeabilized cells 3 times with 0.1% Triton X-100 solution, dilute the primary antibody in 0.1% Triton X-100 solution containing 2% BSA (Bovine Serum Albumin) and put 100 μL of it. The reaction was carried out at 37°C for 1 hour. After the reaction, the cells are washed 3 times with 0.1% Triton X-100 to remove the remaining primary antibody. Secondary antibody (anti-Mouse Alexa 488 (cTnT): invitrogen, A-10680, 1:5,000; anti-Rabbit Alexa 594 (Connexin 43): invitrogen in 0.1% Triton X-100 solution with fresh 2% BSA added , A-11037, 1:500), add 100 μL, react at room temperature for 45 minutes, and wash 4 times with 0.1% Triton X-100 solution.

이후 각각의 Well 당 DAPI 용액을 넣어 핵을 염색한 후 형광현미경을 활용해 형광 발현 정도를 관찰하였다. Thereafter, DAPI solution was added to each well to stain the nucleus, and then the degree of fluorescence expression was observed using a fluorescence microscope.

면역형광염색 결과, 원형 세포접착 패턴 및 방사형 세포접착 패턴 위의 스페로이드가, 모두 cTnT를 발현하였고, 특히 방사형 세포접착 패턴 위의 스페로이드에서 Connexin 43의 발현이 증가하는 것을 확인하였다(도 6c 및 도 6d 참조).As a result of immunofluorescence staining, it was confirmed that the spheroids on the circular cell adhesion pattern and the radial cell adhesion pattern all expressed cTnT, and in particular, the expression of Connexin 43 increased in the spheroids on the radial cell adhesion pattern (Fig. 6c and 6d).

이를 통해 원형 세포접착 패턴 및 방사형 세포접착 패턴 기판 모두 심근세포 스페로이드를 형성할 수 있음을 알 수 있고, 특히 방사형 세포접착 패턴 기판에서 심근세포로의 분화가 우수한 것을 알 수 있다. 상기 결과로부터, 본 발명의 세포 비접착성 PEG 고분자 기판 상에 형성되는 심근세포 스페로이드가 심근세포의 응집을 효과적으로 제어할 수 있고, 약물스크리닝에 효과적으로 사용할 수 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that both the circular cell adhesion pattern and the radial cell adhesion pattern substrate can form cardiomyocyte spheroids, and in particular, it can be seen that the radial cell adhesion pattern substrate has excellent differentiation into cardiomyocytes. From the above results, it can be seen that the cardiomyocyte spheroids formed on the cell-non-adhesive PEG polymer substrate of the present invention can effectively control the aggregation of cardiomyocytes and can be effectively used for drug screening.

Claims (12)

세포 비접착성 PEG 고분자 기판에 일정 간격 이격된 세포 접착 패턴을 포함하며, 상기 세포접착 패턴은 세포접착성 RGD 펩타이드가 코팅된 SiO2 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심근세포 스페로이드 배양용 어레이.
An array for culturing cardiomyocytes spheroids, comprising a cell adhesion pattern spaced apart from a cell non-adhesive PEG polymer substrate at regular intervals, wherein the cell adhesion pattern comprises SiO2 particles coated with a cell-adhesive RGD peptide.
제1항에 있어서, 상기 PEG 고분자 기판은 PEG 하이드로겔인 것을 특징으로 하는, 어레이.
The array of claim 1, wherein the PEG polymer substrate is a PEG hydrogel.
제1항에 있어서, 상기 일정 간격은 600 μm 내지 1,000 μm인 것을 특징으로 하는, 어레이.
The array according to claim 1, wherein the predetermined interval is 600 μm to 1,000 μm.
제1항에 있어서, 상기 어레이의 개별 세포 접착 패턴은 중심부 및 주변부로 구분되고, 중심부는 상기 주변부에 비해 단위면적당 접착력이 높은 것을 특징으로 하는, 어레이.
The array according to claim 1, wherein the individual cell adhesion pattern of the array is divided into a central portion and a peripheral portion, and the central portion has a higher adhesive force per unit area than the peripheral portion.
제4항에 있어서, 상기 개별 세포 접착 패턴은 원형 또는 방사형인 것을 특징으로 하는. 어레이.
5. The method of claim 4, characterized in that the individual cell adhesion pattern is circular or radial. Array.
제4항에 있어서, 상기 단위면적당 접착력은 세포 접착 패턴 밀도 또는 세포접착 패턴 재질에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는, 어레이.
The array according to claim 4, wherein the adhesive force per unit area is controlled by a cell adhesion pattern density or a cell adhesion pattern material.
제4항에 있어서, 상기 주변부는 중심부로부터 방사형으로 형성된 하나 이상의 유도선을 포함하는 것을 특징으로 하는, 어레이.
5. The array of claim 4, wherein the perimeter comprises one or more guide lines formed radially from the center.
제7항에 있어서, 상기 유도선의 길이는 100 μm 내지 500 μm이고, 유도선의 두께는 1 μm 내지 20 μm이며, 유도선의 수는 20개 내지 100개인 것을 특징으로 하는, 어레이.
The array according to claim 7, wherein the length of the guide line is 100 μm to 500 μm, the thickness of the guide line is 1 μm to 20 μm, and the number of guide lines is 20 to 100.
제1항에 있어서, 상기 심근세포 스페로이드의 평균 직경은 100 μm 내지 500 μm인 것을 특징으로 하는, 어레이.
The array according to claim 1, characterized in that the average diameter of the cardiomyocyte spheroids is 100 μm to 500 μm.
삭제delete (a) 제1항의 어레이 상에 심근세포를 시딩 (seeding) 단계; 및
(b) 상기 세포를 배양하여 심근세포 스페로이드를 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심근세포 스페로이드의 제작 방법.
(a) seeding cardiomyocytes on the array of claim 1; and
(b) culturing the cells to form cardiomyocyte spheroids;
A method for producing a cardiomyocyte spheroid comprising a.
제11항에 있어서, 상기 방법은 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포를 2 내지 1000000 세포/웰로 시딩 (seeding)하는 것을 특징으로 하는, 심근세포 스페로이드의 제작 방법.

The method according to claim 11, wherein the method is characterized in that the human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes are seeded at 2 to 1,000,000 cells/well.

KR1020210127171A 2019-12-05 2021-09-27 cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same KR102405421B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210127171A KR102405421B1 (en) 2019-12-05 2021-09-27 cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190160657A KR20210070648A (en) 2019-12-05 2019-12-05 cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same
KR1020210127171A KR102405421B1 (en) 2019-12-05 2021-09-27 cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190160657A Division KR20210070648A (en) 2019-12-05 2019-12-05 cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210119368A KR20210119368A (en) 2021-10-05
KR102405421B1 true KR102405421B1 (en) 2022-06-03

Family

ID=76412031

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190160657A KR20210070648A (en) 2019-12-05 2019-12-05 cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same
KR1020210127171A KR102405421B1 (en) 2019-12-05 2021-09-27 cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190160657A KR20210070648A (en) 2019-12-05 2019-12-05 cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR20210070648A (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003010302A1 (en) 2001-07-26 2003-02-06 Kazunori Kataoka Cultured cell construct containing spheroids of cultured animal cells and utilization thereof
US20150203809A1 (en) 2012-08-01 2015-07-23 National University Of Singapore Cell culture

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003010302A1 (en) 2001-07-26 2003-02-06 Kazunori Kataoka Cultured cell construct containing spheroids of cultured animal cells and utilization thereof
US20150203809A1 (en) 2012-08-01 2015-07-23 National University Of Singapore Cell culture
JP2015528706A (en) 2012-08-01 2015-10-01 ナショナル ユニヴァーシティー オブ シンガポール Cell culture

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ACS Appl Mater Interfaces. 11(4):3679-3689 (2019.01.30.)
Langmuir. 22(12):5419-26 (2006.06.06.)
Stem Cells Int. 2019 Feb 13;2019:8203950

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210119368A (en) 2021-10-05
KR20210070648A (en) 2021-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ouyang et al. Three-dimensional bioprinting of embryonic stem cells directs highly uniform embryoid body formation
US20100120145A1 (en) Three-dimensional biocompatible skeleton structure containing nanoparticles
McMurray et al. Using biomaterials to study stem cell mechanotransduction, growth and differentiation
EP2342338B1 (en) Systems and methods for magnetic guidance and patterning of cells and materials
JP6510033B2 (en) Three-dimensional complex cell aggregate model, its production method and application
KR102234887B1 (en) Substrate For Cell Culture
JP5725560B2 (en) Cell evaluation system using cell sheet and method of using the same
US9476024B2 (en) Thermoresponsive substrate with microgels, method for its preparation and culture method for biological cells
JP2011172533A (en) Method for three-dimensional high-density cell culture using microspace structure
WO2012124353A1 (en) Culture method, group of mature adipocytes, and drug screening method
JP2015062400A (en) Method for preparing cell aggregate derived from cancer tissues, and anticancer drug screening method using cell aggregate derived from cancer tissues, quantitative analysis of anticancer agent, or radiosensitivity test of cancer tissues
Nair et al. High density of aligned nanowire treated with polydopamine for efficient gene silencing by siRNA according to cell membrane perturbation
Wang et al. Heterogeneity of mesenchymal and pluripotent stem cell populations grown on nanogrooves and nanopillars
Liu et al. Dynamic behavior and spontaneous differentiation of mouse embryoid bodies on hydrogel substrates of different surface charge and chemical structures
Kim et al. Response of human epithelial cells to culture surfaces with varied roughnesses prepared by immobilizing dendrimers with/without d-glucose display
KR102405421B1 (en) cardiomyocyte spheroid formed on cell nonadhesive PEG polymer substrate and method for preparing the same
Picollet-d'Hahan et al. The modulation of attachment, growth and morphology of cancerous prostate cells by polyelectrolyte nanofilms
KR102137166B1 (en) Substrate For Cell Culture
JP6248617B2 (en) Cell sheet manufacturing method
Kang et al. Effect of Hydrogel Matrix and Fluid Shear Stress on the Behavioral Regulation of Mesenchymal Stem Cells
Tsai et al. Ultra-thin porous PDLLA films promote generation, maintenance, and viability of stem cell spheroids
Chen et al. Self-assembled hexagonal superparamagnetic cone structures for fabrication of cell cluster arrays
EP4455268A1 (en) Method for culturing three-dimensional cell tissue
US20230250383A1 (en) Fractals in Tissue Engineering
Li et al. Improving three-dimensional human pluripotent cell culture efficiency via surface molecule coating

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant