3D Human Retinal Organoid에서 보는 AAV 유전자 전달
Biotium NucSpot® Live 650 & CellBrite® Steady 550 활용 사례 👁️🧬
안녕하세요, 고마바이오텍입니다😊
오늘은 Biotium에서 소개한 흥미로운 응용 사례를 하나 공유드리려고 합니다.
유전자 치료가 빠르게 발전하면서, AAV(adeno-associated virus) 같은 바이러스 벡터가 실제 인간 조직 안에서 어떻게 퍼지고, 어떤 세포에 얼마나 잘 들어가는 지를 정량적으로 이해하는 일이 점점 더 중요해지고 있습니다.
특히 human retinal organoid는 사람의 망막 층 구조와 세포 구성을 잘 모사하는 강력한 모델이지만, 조직이 두껍고 빛을 많이 산란 시키는 특성 때문에 그 안에서 일어나는 AAV transduction을 단일 세포 수준에서 기존의 핵/세포막 염색으로 분석하는 데에는 다음과 같은 큰 제한이 있습니다.
🔹기존 핵 염색(DNA dye)의 한계
1. 깊은 층까지 신호가 잘 전달되지 않고,
2. photobleaching과 cytotoxicity가 문제가 되며,
3. 여러 날에 걸쳐 반복 이미징을 하기에는 안정성 부족
👉 오가노이드 전체를 대상으로 세포 segmentation을 수행하기 어려움
🔹기존 세포막 염색(membrane dye)의 한계
1. 오가노이드 내부로의 침투가 불충분
2. 라벨링이 균일하지 않고
3. 시간이 지나면 내포작용(endocytosis)으로 빠르게 사라짐
👉 세포 윤곽을 장기간 유지하면서 라이브 상태로 관찰하기 어려움
최근 publish된 논문 Small Methods (Rogler et al., 2025)에서는 이러한 한계를 극복하기 위해, 손상되지 않은 human retinal organoid에서 AAV 전달 양상이 시간과 깊이에 따라 어떻게 변하는지 평가하기 위해 다음과 같은 전략을 사용하였습니다. 📊
- Confocal을 이용해 100 µm 이상 깊이까지 3D 이미징을 여러 날에 걸쳐 반복 촬영
- 3D 핵 이미지를 기반으로 딥러닝 도구 (Cellpose)를 사용하여 세포 하나하나를 자동으로 구분하고, 각 세포에서 AAV 리포터 신호를 정량할 수 있는 분석 파이프라인 개발
💡이 때 핵심이 되는 게 바로, 깊은 3D 오가노이드에서도 밝고 균일하며 오래 버티는 라이브 핵·세포막 염색 시약이 필요하다는 점이었고, 여기서 선택된 것이 바로 Biotium의 시약들 입니다.
위 논문에서 Biotium의 NucSpot® Live 650 & CellBrite® Steady 550은 어떤 역할을 하고 어떤 특징을 가지고 있을까요? 🎯
🔹NucSpot® Live 650 Nuclear Stain: far-red 파장에서 라이브 핵 염색
- Blue/green 계열 DNA dye보다 조직 깊은 곳까지 빛이 잘 도달
- 밝고 균일한 핵 신호
- 라이브 셀 이미징에 적합한 낮은 phototoxicity
👉 Cellpose 같은 딥러닝 세포 분할 알고리즘 적용 및 오가노이드 전체에서 세포를 단일 세포 수준으로 깔끔하게 분리
🔹CellBrite® Steady 550 Membrane Stain: 라이브 세포의 세포막을 장기간 안정적으로 라벨링
- 망막 오가노이드 내 세포막 윤곽 확인
- 수동 카운팅을 통한 딥러닝 분석 결과 검증
이러한 두 시약의 역할을 토대로, 연구팀은 AAV에 의해 전달된 세포 수, 시간에 따른 전달 효율의 변화, 오가노이드 깊이에 따른 전달 패턴의 변화를 확인할 수 있었고, 두 시약이 조직 전체의 핵과 세포막 구조를 매우 선명하게 보여준다는 것을 직관적으로 확인할 수 있었습니다. 🧠✍️
유전자 치료, 특히 AAV 기반 치료제를 개발하시는 분들께는 3D 오가노이드 모델에서 어디까지, 어떤 세포에 전달되는 지를 좀 더 정교하게 보고 싶을 때 떠올려 볼 만한 조합인 것 같습니다😊
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