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Neural Application of Biolaminin

Biolaminin은 동물성분을 사용하지 않고 재조합 기술을 이용하여 만든 "Xeno-free" Recombinant Laminin 입니다. Biolaminin은 tissue-specific하여 여러 조직에서 세포의 생존, 증식등에 관여하며, isotype의 형태와 구성에 따라 최적의 성장 환경을 제공합니다. 따라서 in vivo 환경을 그대로 in vitro에서 모방할 수 있습니다.

신경을 구성하는 neural cell의 증식에 이용된 Biolaminin의 종류와 적용 내용을 리뷰해 봅니다.

BioLamina
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  • 신경세포의 종류별 배양에 추천되는 Biolaminin은 다음과 같습니다.
  Neural Application   추천 Biolaminin
  Cortical Neuron   BIOLAMININ 521, BIOLAMININ 211, BIOLAMININ 111 
  Neural Stem Cell   BIOLAMININ 521 
  Oligodendrocytes   BIOLAMININ 211
  Schwann cells   BIOLAMININ 211, BIOLAMININ 411
  Astrocytes   BIOLAMININ 111, BIOLAMININ 211, BIOLAMININ 521
  Micriglia   BIOLAMININ 521, BIOLAMININ 511, BIOLAMININ 411
  Dopaminergic Neuron   BIOLAMININ 111, BIOLAMININ 521
  Hippocampal Neurons   BIOLAMININ 521 
  Motor neurons   BIOLAMININ 211
  Sensory neurons   BIOLAMININ 411, BIOLAMININ 511, BIOLAMININ 111
  Neuromuscular junctions   BIOLAMININ 421
  Blood Brain Barrier (Endothelial cells)   BIOLAMININ 511
  Blood Brain Barrier (Pericytes)   BIOLAMININ 111, BIOLAMININ 211

 

  ▶ Cortical Neurons Culture with Biolaminin 521, 211, 111
  Neuron에서의 Laminin은 주로 대뇌피질의 pia mater와 관련된 기저막과 발달중인 뇌벽의 심실 및 가장자리 영역에서 주로 발현됩니다. 뇌에서 분리된 Laminin은 아교세포 부착, 신경발생, 이동등 다양한 CNS function에서 필수적인 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. Integrin beta 1 receptor와 Laminin의 상호작용은 axon 발달 및 신경분극동안에 발생하는 세포골격 리모델링에도 중요하게 작용합니다. 대뇌피질의 abnormality는 laminin 111, 211, 511, 521의 수용체인 transgenic a6b1, a3b1 수용체와 관련이 있습니다.
  • Biolaminin substrate는 pluripotent stem cell (PSC)을 cerebral neural stem cell (NSC)로 분화시키는데 작용하며, hiPSC와 astrocyte의 co-culture등에서도 중요한 역할을 합니다.
  • Biolaminin 521, Biolaminin 211은 primary cortical neuron을 장기간 배양 (80일 이상) 하는데 도움을 줍니다.
  • Biolaminin 111은 neurite outgrowth와 Synapsin I 발현을 유도합니다.


  Neural Stem Cell Culture with Biolaminin 521
  Laminin 421, 221, 511, 521은 mouse, human의 subventricular/subependymal zone과 ventricular zone 및 adult CNS의 dentate gyrus에서 발현합니다. adult stem cell niche에서 laminin은 stem cell과 접촉해 있는 ependymal cell, transit-amplifying precursor, GFAP+ astrocyte 및 vascular fraction에 의해서 생성됩니다. Integrin과 laminin은 NSC의 생존, 유지, 증식 등에 필수적입니다. 정제된 태반 laminin을 사용한 초기 연구에서는 태아조직으로부터 유래된 NSC의 증식 속도가 빠르고 apoptosis된 세포의 수가 감소되었음을 보여줍니다. 
  • Biolaminin 521은 neural crest cell을 지지합니다.
  • Biolaminin 521은 신경계 장애를 in vitro에서 모방하는데 효과적으로 이용됩니다. 환자유래 iPSC가 neuron 및 glial cell로 분화되었음에 대한 연구 발표가 있었습니다.


 
  ▶ Glia Cell Culture with Biolaminin 211, 411, 111, 521
  Glial cell (교세포)를 구성하는 astrocyte, oligodendrocyte, schwann cell의 배양에 있어 각 특이적인 Biolaminin이 이용됩니다. 
  • Astrocyte (성상아교세포)는 laminin isoforms 111, 211, 521을 발현하며, 111과 211은 BBB integrity를 유지하기 위해 필수적입니다. Laminin 521은 retinal angiogenesis 와 astrocyte migration에 필수적입니다.
  • Oligodendrocyte (희돌기교세포)의 성숙을 위해서는 laminin 211, 221이 필요합니다.
  • Schwann cell (슈반세포)는 laminin 411, 211을 필요로 합니다.
 
  ▶ Microglia Cell Culture with Biolaminin 521, 511, 421
  CNS damage에 반응하는 염증반응은 microglia (미세아교세포)에 의해 진행됩니다. 손상 발생시 microglia가 증가하며 정상뇌에서도 synapse에 접근하기 위해 많은 motility를 가지며 원하지 않는 시냅스를 제거하는 가지치기(pruning) 역할을 합니다. 최근 Pietrogrande 연구팀은 laminin이 microglia를 염증 상태로 만드는 중요한 요소임을 확인하였습니다. Biolaminin 111하에서 성장한 primary microglia와 BV2 세포가 더 높은 수준의 TNF-α, IL-1β 및 iNOS를 발현시켰고 LPS activation은 높은 염증성 사이토카인의 양을 증가시켰습니다. 
  • 골수세포에서 합성되는 주요 laminin은 411/421과 511/521 타입입니다.
  • Monocyte는 laminin 411에서 합성 및 이동하고, a6b1 integrin을 통해 laminin 411에 부착됩니다.
  • Laminin isoforms 511, 521, 411은 myelomonocytic cell lineages의 전구체에 대한 부착단백질 입니다.
 
  ▶ Dopaminergic Neuron Culture with Biolaminin 111, 521
  파킨슨씨병 (Parkinson’s disease, PD)는 다량의 midbrain dopaminergic neuron이 소실되면서 생기는 신경퇴화질환 입니다. 이는 motor control과 기능의 소실을 야기합니다. Biolaminin 111은 hESC를 dopaminergic cell로 분화시키는데 이용될 수 있습니다. Biolaminin 521은 hPSC를 dopaminergic neuron으로 분화시키는데 이용되었습니다.




  ▶ Hippocampal Neuron Culture with Biolaminin 521
  Hippocampal basement membrane은 alpha-5 타입의 Laminin을 주로 함유하고 있으며, neuron을 apoptosis로부터 보호하는 역할을 합니다. 
  • 최근 연구에서는 Biolaminin 511이 axon과 dendrige의 elongation을 촉진한다는 결과가 있었습니다.

 

  ▶ Spinal PNS Neurons Culture with Biolaminin 111, 211, 421, 421
  감각뉴런 (Sensory neuron)은 laminin 411에서 잘 자라며 laminin 211에서는 잘 자라지 않습니다. Adult dorsal root ganglion (DRG) 뉴런은 laminin 111과 511에 의해 조절됩니다. Laminin 332는 mechanotransduction과 axonal branching 을 억제합니다. 운동뉴런 (Motor neuron)은 laminin 411보다는 211에서 longer neurites를 생성합니다. Laminin 421 과 511은 human primary myotube에서 AChR 클러스터의 형성을 촉진합니다. 

 

  ▶ Blood Brain Barrier Culture with Biolaminin 111, 211, 511, 521
  뇌 모세 혈관을 감싸는 내피세포는 Blood Brain Barrier (뇌혈관장벽)을 촘촘하게 구성하며 혈액과 뇌척수액을 분리함으로써 신경조직의 특정한 물질들이 혈관으로 들어가는 것을 막아줍니다.
내피세포와 pericyte, astrocyte 및 이와 관련된 basement membrane은 neurovascular unit이라고 불리며 BBB의 특성과 기능 연구에 중요하며 CNS drug candidate의 permeability를 스크리닝하기 위한 in vitro model 연구 타겟이 되고 있습니다. 
  • Endothelial cell은 laminin 411과 511을 발현합니다.
  • Periocyte의 분화는 laminin 111과 211에 의해 조절됩니다.
  • Astrocyte는 laminin 111, 211, 521을 발현합니다.
  • Strickland group (Yao., 2014)은 laminin 111과 211이 BBB integrity 유지에 필수적인 역할을 하고 있음을 입증하였습니다.
  • Menezes group (2014)은 alpha2가 부족한 mice의 경우 defective BBB를 가지는 것을 확인하였습니다.
  • Kangwantas group (2016)은 laminin 511이 hypoxic injury와 염증 이후 BBB의 유지와 손상복구에 중요한 역할을 함을 확인하였습니다.

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