한빛사논문
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Jeong-Won Choi a,1, Jaeseung Youn b,1, Dong Sung Kim b,c,d, Tae-Eun Park a
aDepartment of Biomedical Engineering, College of Information and Biotechnology, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Ulsan, 44919, Republic of Korea
bDepartment of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, 37673, Republic of Korea
cDepartment of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, 37673, Republic of Korea
dInstitute for Convergence Research and Education in Advanced Technology, Yonsei University, Seoul, 03722, Republic of Korea
1These authors contributed to this work equally.
Corresponding authors: Dong Sung Kim, Tae-Eun Park
Abstract
The basement membrane (BM) of the blood-brain barrier (BBB), a thin extracellular matrix (ECM) sheet underneath the brain microvascular endothelial cells (BMECs), plays crucial roles in regulating the unique physiological barrier function of the BBB, which represents a major obstacle for brain drug delivery. Owing to the difficulty in mimicking the unique biophysical and chemical features of BM in in vitro systems, current in vitro BBB models have suffered from poor physiological relevance. Here, we describe a highly ameliorated human BBB model accomplished by an ultra-thin ECM hydrogel-based engineered basement membrane (nEBM), which is supported by a sparse electrospun nanofiber scaffold that offers in vivo BM-like microenvironment to BMECs. BBB model reconstituted on a nEBM recapitulates the physical barrier function of the in vivo human BBB through ECM mechano-response to physiological relevant stiffness (∼500 kPa) and exhibits high efflux pump activity. These features of the proposed BBB model enable modelling of ischemic stroke, reproducing the dynamic changes of BBB, immune cell infiltration, and drug response. Therefore, the proposed BBB model represents a powerful tool for predicting the BBB permeation of drugs and developing therapeutic strategies for brain diseases.
논문정보
- Research article
- 2023년 02월 (BRIC 등록일 2023-02-15)
- 국내 연구진
- 바이오·의료융합 > 바이오센싱 및 나노바이오물질
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![나노섬유 기반의 인공기저막을 활용한 기능성 혈액-뇌장벽 모델의 개발 [Biomaterials.]](/upload/board/files/onseminar/thumb/thumb_0000560.png)
학술웨비나
나노섬유 기반의 인공기저막을 활용한 기능성 혈액-뇌장벽 모델의 개발 [Biomaterials.] 혈관-뇌 장벽(Blood-brain barrier; BBB)의 기저막(Basement membrane; BM)은 뇌 미세혈관 내피세포 아래 얇은 세포외기질(ECM)층으로, 뇌 내 약물 전달에 대한 주요 장애물인 BBB의 생리학적 장벽 기능을 조절하는 중요한 역할을 합니다. 현재, transwell이나 microfluidic chip을 이용한 BBB모델에서 BM을 구현하기 위해 ECM을 코팅한 플라스틱 다공성 막(PETE)이 주로 이용되는데, 이는 생체내 BM의 독특한 생물물리학적 및 화학적 특성을 구현하지 못한다는 문제점이 있습니다. 이 연구에서는 나노섬유 기반의 하이드로젤 인공 기저막(nEBM)을 개발하였고, 이를 이용한 BBB 모델을 구축하였습니다. nEBM은 생리적으로 유의한 강성(~500 kPa)을 가져 생체 내 BM과 유사한 미세환경을 세포에 제공합니다. 이를 통해, 구현한 BBB 모델에서 생체와 유사한 수준의 BBB의 높은 물리적 장벽 기능과 높은 약물배출단백질(Efflux pump protein)의 활성을 관찰하였습니다. 또한, 허혈성 뇌졸중상황을 모사하여, BBB의 장벽 기능 변화, 면역세포 침투, 뇌졸중약물 반응을 재현함으로써 질병모델로의 이용가능성을 보였습니다. 이러한 기능성 BBB 모델은 정확한 약물 스크리닝 및 뇌 질환 치료 전략 개발에 유용하게 활용될 것으로 전망됩니다.- 최정원(UNIST)
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- 2023. 02. 15
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