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고분자필름과 금속막 의료소재에 대한 생체적합성 및 독성 평가를 위한 새로운 세포배양시스템의 개발 및 적용
곽문화(Moon Hwa Kwak),윤우빈(Woo Bin Yun),김지은(Ji Eun Kim),성지은(Ji Eun Sung),이현아(Hyun Ah Lee),서은지(Eun Ji Seo),남국일(Gug Il Nam),정영진(Young Jin Jung),황대연(Dae Youn Hwang) 한국생명과학회 2016 생명과학회지 Vol.26 No.6
고분자(polymer), 금속(metal), 세라믹(ceramic), 합성물(composite) 등과 같은 바이오소소재(Biomaterials)는 그들의 물리화학적 성질 때문에 의료용섬유(medical fibers), 인공혈관(artificial blood vessels), 인공관절(artificial joints), 임플란트(implants), 연조직(soft tissue), 인공성형물(plastic surgery materials) 등 의료용으로 많이 사용되며, 개발연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나, 필름(film)이나 판(plate)형태의 바이오소재에 대한 생체적합성(biocompatibility) 이나 독성(toxicity)을 포유동물세포를 이용하여 평가하는 것은 적절한 평가용 장치가 없기 때문에 매우 어려운 상황이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 연구에서는 고분자필름이나 금속판에 유용하게 적용할 수 있는 실리콘링, 상판(top panel), 하판(bottom panel)으로 구성된 새로운 포유동물배양시스템을 개발하고, 이를 실제 적용하고자 하였다. 개발된 시스템은 평가하고자 하는 시료를 상판과 하판사이에 조립하는 샌드위치시스템을 기반으로 한다. 세포배양장치의 조립 후, SK-MEL-2세포를 3가지 시료; Styela Clava Tunic (SCT)- PF, NaHCO₃-added SCT (SCTN)-PF, magnesium MP (MMP)에 적용하고 37°C 이산화탄소 배양기에서 24시간과 48시간 동안 배양하였다. MTT분석결과에서, 세포생존율(cell viability)은 24시간과 48시간 동안 SCT-PF배양그룹에서 정상적으로 유지되었지만 48시간 동안 SCTN-PF배양그룹에서는 급격하게 감소되었다. 더불어, MMP배양그룹에서 세포생존율은 24시간과 48시간 배양 후에 대조군과 유사하게 유지되었다. 이러한 결과는 본 연구에서 새롭게 개발된 샌드위치형태의 포유동물세포배양장치는 고분자필름이나 금속판형태의 바이오소재에 대한 독성이나 생체적합성을 평가하기 위한 우수한 잠재력을 보유하고 있음을 제시하고 있다. Biomaterials including polymer, metal, ceramic, and composite have been widely applied for medical uses as medical fibers, artificial blood vessels, artificial joints, implants, soft tissue, and plastic surgery materials owing to their physicochemical properties. However, the biocompatibility and toxicity for film- and plate-form biomaterials is difficult to measure in mammalian cells because there is no appropriate incubation system. To solve these problems, we developed a novel mammalian cell culture system consisting of a silicone ring, top panel, and bottom panel and we applied two polymer films (PF) and one metal plate (MP). This system was based on the principal of sandwiching a test sample between the top panel and the bottom panel. Following the assembly of the culture system, SK-MEL-2 cells were seeded onto Styela Clava Tunic (SCT)-PF, NaHCO₃-added SCT (SCTN)-PF, and magnesium MP (MMP) and incubated at 37°C for 24 hr and 48 hr. An MTT assay revealed that cell viability was maintained at a normal level in the SCT-PF culture group at 24 or 48 hr, although it rapidly decreased in the SCTN-PF culture group at 48 hr. Furthermore, the cell viability in the MMP culture group was very similar to that of the control group after incubation for 24 hr and 48 hr. Together, these results suggest the sandwich-type mammalian culture system developed here has the potential for the evaluation of the biocompatibility and toxicity of cells against PF- and MP-form biomaterials.
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Hyun Ah Lee(이현아),Ji Eun Kim(김지은),Jun Young Choi(최준영),Ji Eun Sung(성지은),Woo Bin Youn(윤우빈),Hong Joo Son(손홍주),Hee Seob Lee(이희섭),Hyun-Gu Kang(강현구),Dae Youn Hwang(황대연) 한국생명과학회 2020 생명과학회지 Vol.30 No.4
미세교세포(Microglial cells)에서 신경염증반응(neuroinflammatory responses)의 억제는 알츠하이머질환, 파킨슨질환, 헌팅턴질환과 같은 신경퇴행성질환(neurodegenerative diseases)을 치료하기 위한 주요 표적으로 고려되고 있다. 천문동(Asparagus cochinchinesis)은 열, 기침, 신장 질환, 유방암, 염증성질환 및 뇌질환을 치료하는 데 오랫동안 사용 되어온 전통 치료제(Traditional medicine)이다. 본 연구에서는 lipopolysaccharide (LPS)로 활성화된 BV-2 미세교세포에서 항염증효과가 있는 천문동 뿌리 열수추출물(Aqueous extract from A. cochinchinesis root, AEAC)의 신경보호 메커니즘을 연구하였다. 먼저, 어떤 유의적인 세포독성은 플라보노이드(flavonoid), 페놀(phenol), 사포닌(saponin)을 함유하는 AEAC를 4가지 농도로 처리된 BV-2세포에서 검출되지 않았다. 또한, nitric oxide (NO), cyclooxygenase-2 (COX-2) mRNA 및 inducible nitric oxide synthase (iNOS) mRNA 수준은 AEAC+LPS 처리군에서 비하여 21%정도 감소하였다. 전염증성 사이토카인(TNF-α과 IL-1β) 및 항염증성 사이토카인(IL-6와 IL-10)농도에 대한 유사한 감소는 비록 감소비율은 다르지만, Vehicle+LPS 처리군에 비해 AEAC+LPS 처리군에서 검출되었다. 더불어, LPS 처리 후 mitogen-activated protein (MAP) kinase의 인산화수준의 증가는 AEAC 전처리군에서 유의하게 회복되었고, 세포주기에서 G2/M의 억제(arrest)는 AEAC+LPS 처리군에서 개선되었다. 또한, LPS 처리로 유도된 ROS의 증가도 AEAC 전처리군에서 감소되었다. 따라서, 이러한 결과는 AEAC가 MAPK 신호전달 경로, 세포주기 및 ROS (reactive oxygen species) 생성의 조절을 통해 LPS 자극에 대한 항신경염증 활성을 유도함을 제시하고 있다. The suppression of neuroinflammatory responses in microglial cells can be considered a key target for improving the progression of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease (PD), and Huntington’s disease (HD). Asparagus cochinchinensis has traditionally been used as a medicine to treat fever, cough, kidney disease, breast cancer, inflammatory diseases, and brain diseases. In this study, we investigated the neuroprotective mechanism of an aqueous extract from A. cochinchinensis root (AEAC), particularly its anti-inflammatory effects on lipopolysaccharide (LPS)-activated BV-2 microglial cells. BV-2 cells were treated with four different concentrations of AEAC. No significant toxicity was detected in BV-2 cells treated with AEAC. Nitric oxide (NO), cyclooxygenase-2 (COX-2) mRNA, and inducible nitric oxide synthase (iNOS) mRNA levels were 21% lower in the AEAC+LPS group than in the Vehicle+LPS group. Lower proinflammatory (TNF-α and IL-1 β) and anti-inflammatory cytokine (IL-6 and IL-10) levels were also detected in the AEAC+LPS group than in the Vehicle+LPS group, albeit at varying rates. Moreover, the phosphorylation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) members after LPS treatment was significantly recovered in the AEAC-pretreated group compared to the Vehicle+LPS group, enhancement of the phosphorylation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) members after LPS treatment was significantly recovered in the AEAC-pretreated group, while cell cycle arrest at the G2/M phase caused by LPS treatment was less severe in the AEAC+LPS group. The increase in reactive oxygen species (ROS) generation induced by LPS treatment was also lower in the AEAC-pretreated group than in the Vehicle+LPS group. This is the first study to show that AEAC exerts anti-neuroinflammatory activity against LPS stimulation by regulating the MAPK signaling pathway, the cell cycle, and ROS production.
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