뇌 세포는 뇌의 병태생리적 상태에 따라 달라지는 정수압 및 삼투압 조건에 의해 유발되는 지속적인 유체 전단응력의 영향을 받는다. 모든 뇌 세포는 미세환경의 다양한 물리화학적 요인의 미세한 변화에 민감하지만, 뇌의 상주 면역세포인 미세아교세포(microglia)는 가장 극적인 형태역학적(morphodynamic) 변형을 보인다. 그러나 유체 전단응력의 변화에 대한 미세아교세포의 표현형(phenotypic) 변화에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 먼저, 전단 유동(shear flow)이 미세아교세포의 형태, 운동성, 활성 상태를 포함한 표현형에 미치는 영향을 규명하기 위해 유동 제어형(microenvironment) 미세환경을 구축하였다. 정적 조건에서는 미세아교세포가 서로 다른 이동(migratory) 표현형을 가진 두 가지 뚜렷한 형태를 나타냈는데, 장축(long axis)을 따라 진동하는 양극성(bipolar) 세포와 지속적으로 이동하는 단극성(unipolar) 세포였다. 유동에 노출되었을 때는 양극성 세포의 상당한 비율에서 진동이 불안정해졌으며, 진동 진폭은 증가하고 진동 주파수는 감소하여, 결과적으로 진동하는 세포가 이동하는 세포로 표현형이 전환되었다. 흥미롭게도 전단응력에 반응하여 친염증성(pro-inflammatory) 유전자의 수준은 증가한 반면, 항염증성(anti-inflammatory) 유전자의 수준에는 유의한 변화가 없었다. 본 연구 결과는 간질(interstitial) 유체 수준의 자극이 미세아교세포의 표현형을 친염증성 상태로 향해 극적으로 전환시킬 수 있음을 시사하며, 중증 뇌질환의 병적 발병(pathological outbreaks)에 대한 이해를 돕는다. 뇌 내 유체성 환경은 병적 상황에서 국소적으로 교란될 수 있으므로, 유체 흐름에 의한 기계적 자극 또한 뇌 질환에서 미세아교세포의 면역 활동을 조절하는 핵심 요소로 고려되어야 한다. 의미 진술(Statement of Significance) 세포의 형태와 운동성은 세포 내 단백질 및 유전자 수준 발현의 변화를 포괄하는 중요한 요인이다. 병태생리적 조건에서 뇌의 상주 면역세포인 미세아교세포는 다양한 물리화학적 자극에 반응하여 형태역학적 변형을 겪는 것으로 알려져 있다. 미세환경의 흔히 알려진 용해성 생화학적 요인들 외에도, ISF의(간질액, interstitial fluid) 유동 특성의 차이는 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌종양과 같은 여러 신경계 질환과 연관되어 왔다. 미세아교세포는 세포외 자극의 미세한 변화에 극도로 민감한 세포로서, 이러한 병태생리적 상황에서 핵심적인 역할을 하는 것으로 확인되었다. 그럼에도 불구하고, 전단 유동(shear flow) 자체의 영향을 미세아교세포에 대해 단독으로 연구하는 것은 어려운 과제로 남아 있다. 본 연구에서는 다른 세포외 요인으로 인한 바람직하지 않은 영향이 최소화된 미세유체(microfluidic) 시스템을 사용하여, 분리된 미세아교세포를 실시간으로 관찰하면서 간질 수준의 유체 흐름을 정밀하게 제어한 조건에서 미세아교세포의 형태역학적 특성을 조사하였다.

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