[바이오및뇌공학과세미나] Employing Engineering Principles to Investigate Host-microbiome Crosstalk - 카이스트 신우정 교수
오늘 강연은 카이스트 바이오 및 뇌공학과 신우정 교수님의 microbiome 관련 연구였습니다!
다음과 같이 강의를 필기하였습니다.
Microbiota (미생물, 박테리아 등) + biome
= Microbiom (eco systems, 생태계)
Microbiom 학문 등장 이전: 하나의 균주.
Microbiom 학문 등장 이후 : 여러 균주들이 생태계를 이뤄 상호영향
Human genome project; 어느정도 완성되었음에도 모든 질병을 극복하지 못함
Human Microbiome Project ; genome 만큼 중요한게 microbiome 이다, 질병 정복을 위해서는 이것을 고려해야 할지도?
실제 사례로, 10년전 논문에 microbiome 이 실제로 신체를 변화시킨다는 연구가 있음…
쌍둥이 (비만/ 마른)
비만 microbiome 이식되면 -> 비만이 되고
마른 microbiome 이식되면 -> 말라진다!?
지금와서는 그 중요성이 알려져있고, 연구들도 지수 형태로 증가중...
"microbiome 은,
Forgotten organ
Second genome
Zoo in your body
10% human 90% microbiome 이다 "
Conventional ways to study microbiome
Metagenomic sequencing
Germ free facility (그러나 장 구성 겹치는게 15% 정도)
Conventional mammalian cell culture, organoids microinjection
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Breakthrough : "human organ-on-a-chip"
이제 꼭 clinical 수행을 위해 동물실험이 필수가 아님.
동물실험을 대체하는 5종류의 실험들 중에 가장 organ on a chip 이 유먕하다고 평가됨
organ on a chip의 현 상황
- Physicologycal 한 환경 묘사 가능 (연동운동(커졌다작아졌다))
- 배양 robust 하게 가능 가능
—-> 상피세포가 자발적으로 3D 로 배양 됨 . . .
Conventional 하게 cell 키움 채널 안으로 부착 -> 2D mono layer -> 3D 로 자람. (5일차~)
In vivo intestine 이랑 비슷함.
왜 이런 일이 일어나는가? Mechanic study
Mechanical strain, upper shear, lower shear,, …
-, + 하면서 체크
“Fluid flow “ 가 중요하다. 셀 아래쪽으로 가해지는 영향 .., 아래 flow, 위엔 non flow
가설; 아래쪽으로 뭔가 morphogenesis 를 방해하는 inhibiter가 방출되는데 그걸 flow가 씻어주는거아냐?
(--> 연구 결과가 그렇다.. , 실제 장에서는
Wnt inhibiter (대표적 물질, DKK-1) 농도측정, 확실히 아래쪽 훨씬 secretion이 많이 됨. -> flow 이용 씻어내주고…
(---> Q. 실제 장기에서도 씻어내는 과정이 있나?)
사람세포(산소)와 혐기성박테리아(무산소) -> 어떻게 같이 잘 키우지? 공배양?
→ 2 channel membrain 위쪽으로 cell 자람.
산소농도없는 미디어 위
일반적 산소 미디어 아래
—> 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 봤을때 위 아래 잘 나뉘어져서 gradient 함.
Applications?
Gut imflammation on a chip (염증)
꼭 필요한 요소만 가지고 와.. 박테리아, 면역세포, 부산물 , DSS (쥐모델-화학물질). . .
염증에 가장 중요한 팩터가 뭔지?
DSS -> 배리어 를 망가트림 -> 상피 위쪽 박테리아들이 면역세포와 만나게 됨.
개인적으로 강의를 들으면서 신기했던 내용은 (타 연구에서 2D layer 로만 자라던) 상피세포들이 교수님께서 제시한 새로운 organ-on-a-chip 을 적용을 했을때 3D layer 로 배양이 되고, 그 이유를 파악하기 위해 여러 feature 들을 조절하시며, 아래쪽 유체의 flow 가 있을때 wnt inhibitor 를 씻어주기 때문에 3D로 잘 자란다는 것을 발견하신 내용이었습니다. 이 부분에서 조금 헷갈렸던게, 실제 장 내부에서는 오히려 상피세포 윗쪽 면에 flow가 많아 씻겨지고, 아랫쪽, 상피세포의 바닥면에서는 flow가 상대적으로 없거나 윗쪽과 비슷할 것 같다는 생각이 들었는데,
실제 장 에서의 활동은 어떤지, organ on a chip의 경우와 동일한 것인지 여쭤보고 싶었습니다.
특히 실제 장에서도 동일한 현상이 발생하는지 확인해보면 더 좋을 것 같은데, 장에서의 유체 flow가 어떤지, 그러한 flow에 따라 wnt inhibiter 와 같은 것들이 어떤 분포를 나타나는지 in vivo 에서 확인해볼 수 있는 방법들이 있는지 궁금했는데, 교수님께서 먼저 자주 들어오는 질문이라고 하시며 답변해주셨습니다.
관련해 제 생각은.. 윗쪽도 씻기고 아래쪽도 씻기면 되는거아닌가 ?
근데 위에는 씻기고 아래는 안씻기면 안자란다는 등의 정보가 중요한게 아니라
아래가 씻기는게 중요하다.
아랫쪽이 씻겨지는게중요함 + 윗쪽은 너무 큰 저항을 주면 성장하기 힘듬
===> 씻겨나갈정도의 flow+ 성장 방해안할 정도의 flow 여야함..
===> 어느정도의 flow 를 줄지가 중요. 실제 어느정도인지 파악하면 좋겠다.
---> 혹시 둘다 씻겨졌을땐 어떻다고했지?
그 외에도 Microbiome 이용 치료제 ; 분변이식술 (fecal microbiota transplantation (건강한 사람 대변sample -> processing 해서 넣기) *건강하다 기준? 메카니즘 / 과
Probiotics 에 대한 설명 등 많은 내용을 설명해주셨습니다.
벌써 학기 마지막 세미나네요... 다음 학기도 잘 부탁드립니다.
감사드립니다.
Q. 환자마다 환경이 다르고 미세 장내 환경이 다른데 개개인마다 특화적으로 치료하는건가?
비용 및 시간 상 가능성있나?