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Real-Time Analysis of Neuronal Cell Culture for CNS Drug Discovery |
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Introduction
신경 퇴행에 따른 Parkinson, Huntington, Alzheimer 와 같은 치료할 수 없는 중추 신경계 질환은 인구의 고령화에 따라 발병율이 증가하고 있으나, 발병 기전의 파악이 어렵고 뚜렷한 치료법이 없습니다.
지난 20년간 clinical trial 을 진행한 CNS 신약의 수는 감소되어 왔습니다. Clinical trial 에서 CNS 약물의 효능이 없어 중단되는 경우가 많았기 때문입니다.
이러한 문제는 신약 개발 초기 단계인 drug discovery 과정에서 비롯되며, 특히 CNS 약물의 효능을 신뢰성 있게 평가할 수 있는 잘 검증된 동물 모델의 부재가 주요 원인 중 하나로 지적되고 있습니다.
이러한 문제를 극복하기 위해 최근에는 신경 세포를 배양하여 이용한 질병 모델을 만들고, 이를 기반으로 약물의 효능을 평가 하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
최근 신경 과학 분야에서는 IncuCyte 와 같은 live-cell imaging system 의 사용이 증가하고 있습니다. IncuCyte 는 자동으로 live-cell 을 관찰하고 데이터를 수집, 분석해주는 장비로 세포 고정 (cell fixation) 없이
신경 돌기 성장 및 여러 세포 현상을 실시간으로 관찰할 수 있게 하여 CNS drug discovery 과정에서 보다 신뢰성 있는 데이터를 제공할 수 있습니다.
Results
Figure 1. A brief survey of the publications using the top four instruments
Live-cell imaging system 을 이용한 논문을 검색한 결과, IncuCyte 가 neurite 연구 분야에서 타사 장비 보다 더 빈번하게 사용되고 있음을 확인할 수 있었습니다 (Fig 1-A).
또한, 신경 과학 분야 전반에서 IncuCyte 의 활용도는 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있습니다 (Fig 1-B).
신경 과학 분야에서 IncuCyte 를 활용한 연구가 증가하는 이유는 기존의 cell imaging 방식의 한계에서 기인합니다. 전통적인 cell imaging 은 주로 fluorescent dye 를 사용하거나
GFP와 같은 형광 단백질을 발현시켜 세포 변화를 관찰해 왔습니다. 그러나 neurite 분석의 경우, 이러한 형광 기반 assay 에서 세포 독성이 발생하는 문제가 있어, 실험을 함에 어려움이 있습니다 (Fig. 2-A, B).
Figure 2. Green light exposure causes the degradation of neurite networks; while DRAQ5 is cytocidal following red light exposure,
NucLight Rapid Red has no effect on viability.
일부 연구 그룹은 IncuCyte 를 사용 하면서도 MTT assay 나 CellTiter-Glo assay 와 같은 viability assay 를 추가로 수행하였습니다. 이는 fluorescence dye 로 인한 세포 독성을 우려한 조치로 해석됩니다.
DRAQ5 형광 단백질과 IncuCyte 의 NucLight reagent 그리고 IncuCyte Neurotrack module 을 이용하여 live-cell imaging 수행한 결과, DRAQ5 를 사용한 조건에서는 세포 독성이 유발되었으며,
neurite 의 감소도 관찰되었습니다 (Fig 2-C, D). 반면, NucLight 를 사용한 조건에서는 세포 독성이 나타나지 않았으며, 안정적인 neurite 관찰이 가능했습니다 (Fig 2-C).
이러한 결과는 IncuCyte system 이 세포 독성을 최소화하면서도 신경 돌기의 변화까지 실시간으로 모니터링할 수 있는 유용한 도구임을 보여주며, 신경과학 및 neurite 연구에 있어 효과적인 플랫폼으로
활용될 수 있음을 시사하고 있는 것입니다.
Conclusions
Live-cell imaging system 은 neurite outgrowth 의 동적 변화를 시각화할 수 있어, CNS 질환 치료제 개발에 중요한 역할을 하고 있습니다. 신경세포 배양과 고해상도 이미징 기술을 결합함으로써,
CNS 질환의 복잡한 병리 기전을 규명하고, 정밀하고 정확한 후보 약물 선별이 가능해졌습니다.
이러한 기술적 접근은 CNS drug discovery 의 정확도와 효율성 향상에 기여하며, 향후 CNS 질환에 대한 새로운 치료 전략 개발에 중요한 기반이 될 수 있습니다.
IncuCyte Live-Cell Analysis System
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