서론: 만성폐쇄성폐질환(COPD)은 전 세계 사망 원인 중 3번째로 높은 질환이나, 효율적인 폐 모델의 부재로 인해 혁신적인 치료제 개발이 제한되어 있다. 본 연구는 건강 상태와 COPD 상황을 모두 반영하는 체외(in vitro) 폐 모사 모델을 제시한다. 방법: (1) CNBio의 PhysioMimix를 활용하여, 미세유체(microfluidic) 기반 3차원 시스템을 개발함으로써 배양 전 기간 동안 단방향 세포 흐름이 유지되도록 동적인 인간 폐 흐름 조건을 모사하였다. (2) 세포 활성에 대한 세포외기질(ECM)의 영향을 인지하여, 기질을 기능화하기 위해 1형 콜라겐(collagen type I)과 피브로넥틴(fibronectin)을 사용하였다. (3) 정상 인간 폐 섬유아세포(NHLFs)와 정상 또는 질환성 인간 기관지 상피세포(NHBE, DHBE)를 함께 배양하여 건강 및 COPD 폐 모사 모델을 구축하였다. 모델 재현성 평가를 위해, 광학 현미경, 주사전자현미경(scanning electron microscopy; SEM), 경상피 전기저항(transepithelial electrical resistance; TEER)을 이용한 임피던스 분광법, 면역형광(immunofluorescence; IF) 염색, 사이토카인 프로파일링을 포함하는 실시간 및 종말점(end-point) 측정의 포괄적 QC 전략을 적용하였다. 결과: (1) 동적 조건에서는 표현형 이질성(광학 현미경)이 증가하고, 털 같은(hairy-like) 섬모 세포 구조(SEM)가 관찰되어 장벽 보호와 점액섬모청소(mucociliary clearance)가 향상됨을 시사하였다. (2) 임피던스 분광법 결과, 피브로넥틴에 비해 콜라겐-I이 세포 부착, 성장 및 분화에 더 우수한 영향을 미치는 것으로 나타났다. (3) DHBEs는 손상된 장벽 무결성(TEER), 잔세포 비대(IF), 감소된 섬모(SEM), 그리고 염증성 표현형(사이토카인)을 보였다. 결론: 본 연구는 폐 모델 구축에서의 기술적 고려사항을 강조한다. 포괄적 QC를 갖춘 대표적인 COPD 모델을 개발하였으며, 이를 통해 COPD 치료제 발굴을 용이하게 할 수 있다.

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