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[Promocell] In vitro angiogenesis(시험관 내 혈관신생): Advancing biomedical research(생물의학 연구 발전)

드림셀 2024-06-26 조회수 147

In vitro angiogenesis: Advancing biomedical research - PromoCell

시험관 내 혈관 신생이란 무엇입니까 ?

기존의 혈관계에서 새로운 혈관이 형성되는 과정(혈관 신생이라고 알려진 과정)은 조직 발달, 복구 및 질병 진행에 대한 중요성 때문에 수년 동안 광범위한 연구의 대상이었습니다. 동물 모델의 복잡한 환경 내에서 발생하고 수많은 전신 요인의 영향을 받는 체 내 혈관 신생과 달리, 시험관 내 모델은 특정 변수를 분리하고 통제된 조건에서 혈관 신생을 연구하는 이점을 제공합니다. 

시험관 내 혈관 신생이 왜 중요한가요?

시험관 내 혈관 신생 모델은 이 과정과 관련된 단계를 설명하는데 중요한 역할을 했습니다. 이러한 단순화된 시스템을 통해 혈관 신생을 조절하는 세포 및 분자 사건을 식별할 수 있으며, 이는 보다 복잡한 생체 내 환경에서 달성하기 어려울 수 있습니다. 

또한, 시험관 내 혈관 신생 분석을 통해 성장 인자, 사이토카인 및 제약 화합물과 같은 다양한 자극이 혈관 발달의 여러 단계에 미치는 영향을 체계적으로 평가할 수 있습니다. 내피 세포와 같은 관련 세포 유형을 분리하고 배양함으로써 과학자들은 혈관 형성의 다양한 단계를 연구하고 혈관 신생 관련 질병에 대한 잠재적인 치료 목표를 식별할 수 있습니다.

생리학적 및 병리 생리학적 과정에서 혈관 신생의 역할

새로운 혈관의 형성은 배아 발달, 조직 재생, 여성 생식계의 성장과 기능을 포함한 다양한 생리적 과정에서 중추적인 역할을 합니다. 성인의 경우 새로운 혈관이 형성되어 부상 부위로 산소와 영양소를 전달하고 조직의 복구와 재생을 촉진합니다. 이러한 과정에서 새로운 혈관이 형성되면 성장하거나 복구 중인 조직에 산소와 영양소가 전달되어 조직의 성장과 기능을 지원합니다.

그러나 혈관 신생의 조절 장애는 암, 연령 관련 황반변성, 당뇨병성 망막병증과 같은 여러 병리학적 상태의 진행에 기여할 수도 있습니다. 암에서는 새로운 혈관의 형성이 종양의 성장과 전이를 지원합니다. 반대로, 심혈관 질환이 있는 환자의 혈관 신생 장애는 허혈성 질환 발병에 기여할 수 있습니다.

혈관 신생의 주요 사건

혈관 신생을 통한 새로운 혈관의 형성은 다양한 성장 인자, 사이토카인 및 신호 분자의 복잡한 상호 작용에 의해 조정되는 여러 단계로 발생합니다. 혈관의 내부 표면을 둘러싸고 있는 내피 세포는 이 과정의 모든 단계에서 중추적인 역할을 합니다. 

  • *내피 세포의 활성화 및 증식: 혈관의 주요 구성 요소인 내피 세포는 VEGF와 같은 혈관 신생 신호에 반응하여 증식을 활성화합니다.
  • *세포외 기질(ECM)의 분해: 활성화된 내피 세포는 기저막과 주변 ECM을 분해하는 효소를 분비하여 이동 및 침입 경로를 만듭니다.
  • *내피 세포의 이동: 활성화된 내피 세포는 혈관 신생 자극의 농도 구배에 따라 새로운 혈관 형성 부위를 향해 이동합니다.
  • *튜브형 구조의 형성: 내피 세포가 진행됨에 따라 스스로 정렬되어 튜브형 구조를 형성합니다. 이러한 구조는 다양한 측분비(paracrine) 신호와 혈관 주위 세포와 같은 지지 세포의 모집에 반응하여 안정적인 혈관으로 성숙됩니다.

통제된 실험실 환경에서 이러한 사건을 모델링함으로써 연구자들은 관련된 세포 및 분자 플레이어의 복잡한 상호 작용에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 이는 표적화된 치료 개입의 개발을 위한 길을 열어줍니다.


그림 1: 시험관 내  혈관 신생과 관련된 주요 단계의 도식적 표현 .
이러한 단계에는 내피 세포 활성화, 증식, 이동 및 관 형성이 포함됩니다. Bryan et al., 2007. 

혈관 신생을 조절하는 인자

혈관 신생은 건강과 질병에 있어서 중요한 역할을 하므로, 다양한 혈관 신생 촉진 및 혈관 신생 방지 요인과 신호 전달 경로에 의해 엄격히 제어되어 필요한 때와 장소에서만 발생합니다.

  • *혈관 내피 성장 인자(VEGF)는 내피 세포 증식, 이동 및 관 형성을 자극하므로 혈관 신생의 주요 조절자로 간주됩니다. 
  • *혈관 신생 억제(예: 안지오스타틴) 및 혈관 신생 인자(예: 안지오제닌, 안지오포이에틴-1, 안지오포이에틴-2)는 내피 세포의 성장, 이동 및 생존과 기타 혈관 신생 촉진 및 항혈관 신생 유전자의 발현에 영향을 주어 혈관 신생을 조절합니다. 
  • *혈관 신생 미세 환경의 특징인 저산소증은 저산소증 유도 인자(HIF)를 활성화하고 혈관 신생 촉진 유전자의 발현을 촉진하여 혈관 신생 신호를 더욱 증폭시킵니다. 


그림 2a: 혈관 신생 인자.  다양한 혈관 신생 인자와 항혈관 신생 인자를 나타낸 개략적 그림.

그림 2b: 혈관 신생을 조절하는 요인.
혈관 신생 촉진 인자는 혈관 신생을 촉진하고 새로운 혈관의 성장을 자극합니다. 항혈관 신생 인자는 억제제이다.

시험관 내 혈관 신생 분석

시험관 내 혈관 신생 모델을 통해 혈관 형성에 영향을 미치는 주요 세포 플레이어, 신호 전달 경로 및 환경 요인을 조사할 수 있습니다. 연구자는 다양한 시험관 내 혈관 신생 검정을 활용하여 혈관 형성의 여러 단계에 대한 혈관 신생 촉진제 또는 혈관 신생 억제제의 효과를 연구할 수 있습니다.

  • *스크래치(비방향 이동) 또는 Boyden 챔버 분석(지정 이동)과 같은 내피 세포 이동 분석을 사용하여 신호의 근원을 향해 이동하거나 신호에서 멀어짐으로써 성장 인자 또는 화학주성 구배와 같은 혈관 생성 자극에 반응하는 내피 세포의 능력을 평가하는데 사용할 수 있습니다. 
  • *증식 분석은 내피 세포 분열 속도를 측정하여 성장을 촉진하거나 방해하는 요인에 대한 통찰력을 제공합니다. 
  • *관 형성 분석은 내피 세포가 복잡한 모세관 유사 구조로 자가 조직화하는 능력을 포착하여 혈관 신생의 기본이 되는 형태 형성 과정에 대한 통찰력을 제공합니다.
  • *회전 타원체 발아 분석은 3차원(3D) 세포 배양 시스템을 통합하여 더 높은 수준의 복잡성을 도입합니다. 이를 통해 연구자들은 조직의 3D 환경을 모방하고 보다 생리학적으로 관련된 맥락에서 세포 간 상호 작용 및 혈관 분기를 연구할 수 있습니다.


  • 그림 3: 시험관 내  혈관 신생 분석. 혈관 신생의 주요 사건을 연구하는 시험관 내 접근법.

2D 분석법은 보다 통제되고 처리량이 높은 환경을 제공하지만, 3D 분석법은 세포외 기질과 세포 간 상호작용의 생리적 조건을 더 잘 모방할 수 있습니다. 분석법의 선택은 특정 연구 목표, 실험 설정에서 원하는 수준의 복잡성, 관련 세포 유형 및 배양 시스템의 가용성에 따라 달라집니다.

시험관 내 혈관 신생 분석의 응용

시험관 내 혈관 신생 모델의 다양성으로 인해 다양한 생물의학 연구 분야에 널리 적용되었습니다.

약물 발견

약물 발견 과정에서 시험관 내 혈관 신생 분석은 후보 화합물의 신속하고 비용 효과적인 스크리닝을 위한 귀중한 플랫폼을 제공합니다. 연구자들은 혈관 신생 과정의 다양한 단계에서 이러한 화합물의 효과를 평가하여 표적 질병에 따라 혈관 형성을 촉진하거나 억제할 수 있는 잠재적인 치료제를 식별할 수 있습니다. 이 정보는 보다 표적화되고 효과적인 치료법의 개발을 안내할 수 있습니다.

질병 모델링

시험관 내 혈관 신생 모델은 암, 심혈관 질환, 당뇨병성 망막증, 연령 관련 황반변성과 같은 질병 모델을 확립하는데 중요한 역할을 해왔습니다. 연구자들은 혈관 신생 관련 질병 진행의 기본 메커니즘을 연구하고 통제된 실험실 환경에서 이러한 병리 현상의 주요 특징을 요약하여 새로운 치료 중재의 효능을 평가할 수 있습니다.

재생의학

시험관 내 혈관 신생 모델은 또한 조직 공학 및 재생 의학 접근법을 개발하는데 사용되었습니다. 이 과정을 조절하는 요인을 이해함으로써 연구자들은 새로운 혈관 형성을 지원하고 이식된 세포 또는 조작된 조직의 통합과 생존을 촉진하는 생체 재료와 지지체를 설계할 수 있습니다.

시험관 내 혈관 신생 모델에 대한 과제와 미래 방향

다재다능함에도 불구하고 시험관 내 혈관 신생 분석에는 한계가 있습니다. 복잡한 생체 내 환경을 정확하게 요약하고 시험관 내 결과와 실제 시나리오의 관련성을 보장하는 것은 시험관 내 혈관 신생 모델을 사용하는 연구자가 직면한 과제 중 일부입니다. 세포 유형의 선택, ECM의 구성 및 지지 세포 집단의 통합과 같은 요인은 시험관 내 모세관 유사 구조의 형성을 사용하는 연구 결과에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

인체에서 관찰되는 생리학적 및 병리학적 혈관 관련 상태를 더 잘 모방하는 보다 정교한 시험관 내 모델을 개발하기 위한 지속적인 노력이 이루어지고 있습니다. 시험관 내 혈관 신생 연구의 미래 방향에는 다음과 같은 고급 기술을 통합하는 것이 포함됩니다.

  • *미세 유체 시스템(microfluidic systems)
  • *3D 조직 스캐폴드(3D tissue scaffolds)
  • *오가노이드칩 플랫폼(organ-on-a-chip platforms)

생리학적 조건을 보다 정확하게 모방하고 이러한 모델의 번역 잠재력을 향상 시킵니다.

체외 혈관 신생 연구를 위한 Promocell의 솔루션

혈관 신생 연구가 계속 발전함에 따라 우리는 귀하의 조사를 지원하는 고품질 도구와 솔루션을 제공하면서 선두에 서 있습니다. 인간 제대 정맥 내피 세포(HUVEC) 와 인간 피부 미세혈관 내피 세포(HDMEC)는 인체에서 발견되는 내피 세포의 행동과 특성을 밀접하게 모방합니다. 이러한 일차 세포는 재현성을 보장하기 위해 추적 가능한 HLA 유형 기증자로부터 윤리적으로 공급됩니다.

두 가지 세포 유형 사이의 선택은 연구 질문과 비용에 따라 달라집니다.

  • *대혈관 내피 세포 (예: HUVEC): 혈관 신생의 주요 특징을 포착할 수 있는 우수하고 비용 효율적인 시험관 내 모델입니다.
  • *미세혈관 내피 세포 (예: HDMEC): 혈관 신생의 생체  측면과 매우 유사한 생리학적으로 관련된 모델입니다.

이러한 세포 유형 외에도 당사는 내피 세포의 최적 성장과 기능을 지원하도록 제조된 다양한 특수 세포 배양 배지도 제공합니다. 우리는 세포의 혈관 신생 잠재력을 유지하여 시험관 내 혈관 신생과 관련된 복잡한 과정을 요약할 수 있도록 이러한 배지를 설계했습니다.