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간은 단백질과 호르몬 합성 및 해독을 포함한 다양한 대사 기능을 담당하는 중요한 기관으로 전반적인 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 전통적인 체외에서 모델은 인간의 장기 기능을 정확하게 복제하는 데 한계가 있습니다. 정적인 2차원(XNUMX-D) 배양에 대한 유망하고 혁신적인 대안인 장기 온 칩 기술을 도입하여 인간 장기를 연구하는 방식을 혁신합니다. 체외에서.

장기 칩 기술은 미세 유체 장치를 활용하여 관류 및 전단 응력과 같은 동적 요소를 도입하여 인간 장기를 구성하는 여러 세포 유형의 공동 배양을 허용하고 3차원(XNUMX-D) 세포 간 통신을 용이하게 합니다. . 이러한 발전은 보다 안정적이고 생리학적으로 적절한 체외에서 인간 장기의 기능 단위 모델.

간 질환 연구의 맥락에서 장기 칩 기술은 관련 생리적 스트레스 하에서 인간 간 세포를 배양할 수 있는 전례 없는 기회를 제공합니다. 이 기능을 통해 연구자들은 간 질환의 병태생리학을 심층적으로 조사하여 향상된 약물 개발 및 질병 모델링을 위한 길을 열 수 있습니다.

간질환의 병태생리학

약물 유발 간 손상

간은 약물 대사를 담당하므로 약물 유발 간 손상(DILI)에 취약합니다. 최근 몇 년 동안 장기 칩 기술은 DILI 시나리오를 재현하기 위한 효과적이고 혁신적인 플랫폼으로 부상했습니다. 체외에서. 3D 배양 및 관류를 통합함으로써 장기 칩 시스템은 간 조직의 미세 구조를 성공적으로 모방합니다. 이러한 설정의 지속적인 유체 흐름은 필수적인 기계적 자극을 제공하여 일관된 산소 전달 및 세포 분극화를 보장하여 장기 연구를 위한 높은 기능을 유지합니다. 관류의 장점이 추가된 오르간 온 어 칩은 순환하는 면역 세포를 시스템에 도입하여 면역 관련 독성 문제를 조사할 수 있는 더 큰 유연성을 제공합니다.

연구에서 등., HepG2 세포(간세포), LX-2 세포(간 성상 세포), EAhy926 세포(간 정현파 내피 세포) 및 U937 세포(쿠퍼 세포)의 XNUMX가지 유형의 형질전환된 세포주를 포함하는 간 정현파-온-어-칩 ) 개발되었습니다. 그들은 장치가 합성 및 분비 기능을 유지하고 효소 활동과 약물 대사 민감도를 보존한다는 것을 보여주었습니다. 이 모델은 간 혈류 및 담즙 유출을 복제하도록 설계되어 연구원이 약물 간독성 및 약물 간 상호작용을 탐색할 수 있도록 합니다.

또한, 장기 칩 기술은 장기 복잡성을 에뮬레이트하고 다중 조직 누화를 촉진하는 고유한 기능을 가지고 있습니다. 에 의한 연구 Schimek 등. HepaRG 세포 및 일차 인간 간 성상 세포에서 유래한 인간 간 회전 타원체와 공동 배양된 기관지 MucilAir 배양. 이 설정을 통해 그들은 장기 혼선을 허용하는 조건에서 흡입된 물질의 잠재적 독성을 평가할 수 있었습니다. 14일 동안 폐쇄 순환 관류 시스템에서 배양된 세포는 생존력과 조직 항상성을 입증했습니다. 흥미롭게도, 이 연구는 간독성 및 발암성 아플라톡신 B의 단일 용량 치료가₁ 단일 배양에서 기관지 MucilAir 조직의 기능이 손상되었습니다. 그러나 조직이 간 스페로이드와 공동 배양되었을 때 보호 효과가 관찰되었으며, 이는 이 새로운 인간 폐-간 공동 배양에서 성공적인 혼선을 나타냅니다. 이러한 설정은 전신 수준에서 흡입된 물질에 대한 노출의 영향을 결정하는 데 큰 가능성이 있습니다.

나플드/내쉬

비알코올성 지방간 질환(NAFLD)은 전 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 간 질환 중 하나로 부상했습니다. 주요 원인은 비만, 제XNUMX형 당뇨병, 이상지질혈증 및 인슐린 저항성과 관련이 있습니다. NAFLD는 간 세포에 지방이 축적되는 것부터 시작하여 단순한 지방간(지방증)으로 이어지는 별개의 단계를 통해 진행됩니다. 결과적으로 간에 염증이 생겨 비알코올성 지방간염(NASH)으로 알려진 더 심각한 형태가 됩니다. 시간이 지남에 따라 지속적인 염증은 섬유증을 유발하여 간 조직과 인근 혈관에 흉터를 남깁니다. 가장 심각한 경우, NAFLD는 수년간의 염증 후 영구적인 간 손상 및 궁극적인 간부전 상태인 간경화로 절정에 이를 수 있습니다.

NASH의 병리생리학은 복잡하며 다양한 세포 유형과 환경 및 간질 효과를 포함합니다. 이 복잡성을 해결하는 것은 질병을 더 잘 이해하고 효과적인 치료법을 개발하는 데 필수적입니다.

Organ-on-a-chip 기술은 NAFLD/NASH 시나리오를 재현하기 위한 뛰어난 플랫폼입니다. Freaget al. 인간 XNUMX차 간세포(HC), 쿠퍼 세포(KC), 간 성상 세포(HSC) 및 간 정현파 내피 세포(LSEC)를 포함하는 간-온-어-칩 모델을 개발했습니다. 이 정교한 시스템은 NASH 환자에게서 볼 수 있는 상태를 모방하여 대사 및 염증 스트레스 요인에 노출되었습니다. 연구자들은 간 칩을 지방 독성 환경에 노출시킴으로써 NASH 표현형 특성의 점진적인 발달을 관찰했습니다. 흥미롭게도, 그들은 또한 이러한 질병 발현이 NASH 치료를 위해 연구 중인 약물인 엘라피브라노르에 의해 역전될 수 있음을 입증하여 질병 병인을 연구하고 새로운 항-NASH 약물을 개발할 수 있는 이 강력한 플랫폼의 잠재력을 보여주었습니다.

알코올성 간 질환

과도한 알코올 섭취는 간에 부담을 주어 지방간에서 간염 및 간경변에 이르는 다양한 상태인 알코올 간 질환(ALD)을 유발할 수 있습니다. ALD와 관련된 복잡한 과정을 이해하는 것은 효과적인 치료법을 개발하는 데 중요합니다.

관류하에 생리학적 분포로 배열된 HepG2, LX-2, EAhy926 및 U937 세포를 사용하여, 등., HepG2 세포의 활성이 개선되었을 뿐만 아니라 알부민 합성 및 요소 분비를 포함한 높은 간 기능을 유지함을 입증했습니다. 이 모델은 알코올에 의해 유도된 간 비 실질 세포주의 손상 과정을 성공적으로 재현했습니다. 또한 Ve-cadherin, eNOS, VEGF 및 α-SMA와 같은 여러 바이오 마커를 세심하게 측정하여 ALD 동안 다른 유형의 간 세포 간의 세포 간 통신을 밝힙니다.

별도의 연구에서, Nawrothet al. tri-culture 구성에서 리버 온 어 칩을 공개했습니다. 이 구성은 상위 채널에서 배양된 XNUMX차 간세포를 XNUMX차 LSEC 및 KC와 결합하여 알코올 유발 지방증의 초기 사건을 효과적으로 요약합니다. 에탄올에 단기간 노출되면 ALD 유사 간세포가 관찰되어 지질 축적 및 ROS 생산 증가를 보여줍니다. 연구원들은 또한 알코올 금욕을 통한 ALD 회복 가능성과 알코올 및 박테리아 내독소에 대한 공동 노출로 표현형의 악화 가능성을 입증했습니다.

전염성 간 질환

중요한 대사 과정에 관여하는 중요한 기관인 인간의 간은 A, B, C, D, E형 간염을 포함한 다양한 바이러스 감염에 취약합니다. 이러한 감염은 간 염증과 손상을 유발하여 심각한 공중 보건 문제를 야기할 수 있습니다. A형과 E형 간염은 일반적으로 오염된 물이나 음식을 통해 전염되지만 B형, C형, D형 간염은 주로 혈액과 성적 접촉을 통해 퍼집니다.

바이러스성 간염은 급성 간염과 만성 간염의 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 급성 간염은 종종 자가 제한적이며 신체가 성공적으로 감염을 퇴치합니다. 그러나 만성 간염은 장기간 감염되면 간경화, 간부전 및 간암과 같은 합병증을 유발할 수 있으므로 더 심각한 위험을 초래합니다. 특히, B형 간염 바이러스(HBV) 감염은 싱가포르에서 가장 흔한 만성 바이러스성 간염 형태입니다.

수많은 연구가 바이러스성 간염을 탐구하기 위해 이미 장기 칩 기술의 힘을 이용했습니다. 예를 들어, Ortega-Prietoet al. 미세유체 플랫폼 내에서 일차 인간 간세포와 일차 쿠퍼 세포를 포함하는 간-온-어-칩을 설계했습니다. 이 모델은 HBV 수명 주기의 모든 단계를 성공적으로 요약하여 바이러스 감염에 대한 면역 반응을 연구하는 유용한 도구를 제공합니다.

또한, Kanget al. 26차 인간 간세포가 이중 미세유체 설정에서 불멸화 소 대동맥 내피 세포와 공동 배양된 인간-간-정현파-온-어-칩 모델을 개발했습니다. 이 모델은 HBV 복제 연구를 가능하게 하여 최대 XNUMX일 동안 세포의 지속적인 형태와 생존력을 보여줍니다. 이는 지속적인 바이러스 질병에 대한 장기 연구에서 중요한 성과입니다.

제품 개요

우리가 마음대로 사용할 수 있는 장기 온 칩 기술을 통해 간 질환 연구를 발전시키고 복잡한 질병에 대한 이해를 높일 수 있는 가능성은 정말 놀랍습니다. 미세 유체 칩의 잠재력을 활용함으로써 우리는 인간의 건강을 개선하고 의학 연구를 혁신하는 데 상당한 진전을 이룰 수 있습니다.

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