iPSC 특성분석 및 다운스트림 적용분야를 위한 고성능 유세포분석
유도만능줄기세포(iPSC)의 발견 이후 줄기세포 생물학은 빠르게 팽창했고, iPSC를 중심으로 한 많은 연구 분야가 탄생했습니다. iPSC 사용의 가장 큰 장점은 다양한 종류의 세포로 분화할 수 있고 무한한 증식이 가능하다는 것입니다. 이러한 iPSC의 유연성 덕분에 약리학적 시험, 암 연구, 오가노이드 모델링 및 신경발달 생물학과 같은 분야에서는 동물 모델을 사용하지 않고도 생리학적으로 관련성 높은 특정 세포 및 조직 모델(2D 및 3D)을 개발할 수 있게 되었습니다. 또한, iPSC는 자가유래 세포 치료제를 통한 임상에서의 사용과 개인 맞춤형 치료법 등, 임상 전환 용도로도 점차 사용되고 있습니다.
그러나 어떤 시스템이든 한계는 존재합니다. iPSC는 유지관리가 많이 필요하고 비용이 높으며, 지속적으로 모니터링해야 다분화능과 생존성, 균질성을 유지할 수 있습니다. 또한, 하나의 세포에서 유래한 세포주라도 iPSC를 장기적으로 배양하면 유전자형과 표현형의 비균질성이 발생할 수 있습니다. 따라서 iPSC 세포주의 비균질성을 모니터링하고, 검출하고, 줄일 수 있는 방법을 개발해야 합니다. 임상 및 연구 환경의 줄기세포 사용이 증가하고 있는 만큼, 귀중한 생물학적 자원인 줄기세포의 성장, 특성분석, 유지관리를 위한 신속하고 비용효과적이며 체계적인 솔루션이 필요합니다. 일반적인 유세포분석을 비롯해 배양 중 iPSC 특성을 모니터링하는 기존 분석법에는 흔히 다음과 같은 단점이 있습니다.
- 고정, 염색, 세척 등 여러 작업이 필요해 번거롭고 시간이 오래 걸리는 기법을 사용합니다.
- 대량의 샘플이 필요해 귀중한 샘플을 많이 사용해야 하고, 이후 증식, 특성분석, 분화에 사용할 수 있는 샘플이 많지 않습니다.
- 장비 처리량이 낮아 작업 시간이 길고, 같은 실험 내 반복이나 실험 간 반복이 어렵습니다.
- 본격적인 수동 조작과 원본 데이터의 분석, 보정 최적화가 필요합니다.
이 적용분야 페이지에서는 통합 워크플로 접근법을 통한 iPSC의 평가, 모니터링, 구별, 분화, 스케일업 방법을 소개합니다. Incucyte® 실시간 세포분석 시스템의 실시간 이미징 기능과 소량의 샘플(10µL)로 쉽게 형태를 분석하고 빠르게 발현을 프로파일링할 수 있는 iQue® 고성능 유세포분석 플랫폼의 장점을 알아보시기 바랍니다. 싸토리우스가 귀중한 iPSC 세포주의 특성분석을 도와드립니다.
분석과정
그림 1. iQue® 및 Incucyte®를 사용한 iPSC 세포주 선별 및 분화 모니터링 과정을 나타낸 도식
그림 2. iPSC 특성분석 과정
주요 장점
- 생산성 최대화 - 여러 iPSC 세포주의 다분화능과 생존성을 특성분석하는 고처리량 Multiplex 분석이 가능합니다.
- 유연한 분석 포맷 - 2D 및 3D 배양 iPSC의 표지자 발현 및 형태에 대한 성장 조건의 영향을 측정합니다.
- 생물학적 인사이트 확보 - 유도분화 중인 iPSC의 변화하는 표현형 특성을 분석해 생물학적으로 관련성 높은 약리학적 결과를 획득합니다.
생산성 최대화 - 고처리량 Multiplex 분석으로 여러 iPSC 세포주의 다분화능 및 생존성 특성분석
그림 3. 고처리량 Multiplex 분석을 통해 여러 iPSC 세포주의 다분화능과 생존성 특성분석
3개의 iPSC 세포주를 형광단과 결합된 항SSEA-1 항체(분화된 세포 표지자), 항SSEA-4 항체, 항TRA-1-60 항체(2개의 다분화능 표지자)와 생존성 염료(iQue® 세포막 완전성 염료(B/Red))로 라벨링했습니다. 이와 함께 THP-1 세포는 분화된 세포 대조군으로, NCCIT 세포는 줄기세포의 다분화능 표지자를 발현하는 것으로 알려져 있는 대조군 세포주로서 라벨링했습니다. 그 다음, iQue® 고성능 유세포분석기로 표지자 발현과 생존성을 측정했습니다. (A) 세포주 및 특성분석을 나타낸 표입니다. (B) 세포 유형별로 살아 있는 세포 중 표지자가 발현된 비율을 나타냅니다. ‘Pluripotent(다분화능)’ 항목은 SSEA-1 음성, SSEA-4 및 TRA-1-60 이중양성 표현형을 가리킵니다. (C) 세포 유형별 생존율을 보여주는 히트 맵입니다(n=4). (D) 시딩 48시간 이후 각 iPSC 세포주의 군집을 나타낸 Incucyte® 이미지로, 밀집된 콜로니 형태가 보입니다.
유연한 분석 포맷 - 2D 및 3D 배양 iPSC의 표지자 발현 및 형태에 대한 성장 조건의 영향 측정
그림 4. 2D 및 3D 배양 iPSC의 다분화능 유지를 위한 최적의 성장 조건을 평가합니다.
최적화(mTESR Plus 2D, 일반 패시징 3D)와 비최적화(RPMI 2D, 무패시징 3D) 배양 조건에서 iPSC를 2D(A) 및 3D(B)로 배양하여 2D는 4일, 3D는 18일 동안 분화를 유도했습니다(±SEM, n=4). ‘Pluripotent(다분화능)’ 항목은 SSEA-1 음성이고 SSEA-4와 TRA-1-60에 모두 양성인 세포 군집으로, 다분화능 세포를 나타냅니다. 점 그래프는 2D의 경우 4일 차, 3D의 경우 18일 차에 iQue® 시스템으로 수집한 최적화 및 비최적화 iPSC의 원본 데이터를 비교 정리한 것입니다. 비최적화 iPSC의 SSEA-1 발현 변화와 이후 나타난 다분화능 표지자 발현 감소를 확인할 수 있습니다(n=4). 최적화 및 비최적화 성장 조건에서의 iPSC 성장을 살펴보면 분화와 관련하여 2D와 3D 모두 형태의 차이가 뚜렷한 것을 알 수 있습니다. Incucyte®를 사용하면 이 차이를 효과적으로 이미징 및 분석할 수 있습니다(대표 이미지: 촬영 배율 10배, 스케일 막대는 400μm를 나타냄).
생물학적 인사이트 확보 - 유도분화 중인 iPSC의 변화하는 표현형 특성을 분석해 약리학적 결과 획득
그림 5. 표지자 발현 및 형태 분석을 통한 iPSC 분화 특성분석
간세포 분화 경로, 최종 내배엽(CD184)과 성숙한 간세포(CD99)의 표지자 발현을 iQue®로 측정했습니다. 분화된 세포의 대조군으로는 AU565 세포를 사용했습니다. HepG2는 간세포주로 포함시켰습니다. (A) 세포주 특성을 나타내는 표입니다. (B) 단일 시점에서 측정한 대조군 세포의 표지자 발현(왼쪽)과 간세포로 분화하는 도중 iPSC의 간세포 표지자 발현 변화(오른쪽)를 나타내는 백분율 발현 분석 결과입니다. (C) 윤곽 그래프는 시간에 따른 CD184 발현을, 대표적인 시점 기준의 Incucyte® 이미지는 기존 mTESR로 성장시켰던 iPSC와 비교한 분화 중 세포의 형태 및 공간 변화를 나타냅니다.
주문 정보
| 제품 | 크기 | 카탈로그 번호 | |
플랫폼: iQue® 3/iQue® Screener– VBR 및 BR Configurations와 호환 | |||
| iQue® 세포막 완전성 염료(V/Blue) | 5 x 384 | 97057 | |
iQue® 세포막 완전성 염료(R/Red) | 5 x 384 | 90350 | |
iQue® 세포막 완전성 염료(B/Green) | 5 x 384 | 90342 | |
iQue® 세포막 완전성 염료(B/Red) | 5 x 384 | 90346 | |
iQue® 세포 확산 및 라벨링 염료(R/Red) | 5 x 384 | 90358 | |
iQue® 세포 확산 및 라벨링 염료(B/Green) | 5 x 384 | 90354 | |
iQue® 세포 확산 및 라벨링 염료 V/Blue(Tag-it Violet™) | 5 x 384 | 97054 | |
