세포 염색이란?

세포 염색은 세포학적 프로파일링에 사용되는 High-Content, 다중 이미지 기반 Assay입니다. 세포 염색 Assay에서는 최대 6개의 형광 염색시약이 핵, 소포체, 미토콘드리아, 세포골격, 골지체, RNA 등의 서로 다른 세포 구성요소를 표지하는 데 사용됩니다. 세포를 가능한 한 많이 “염색”하여 전체 세포의 대표 이미지를 파악하는 것을 목적으로 합니다.

자동화 이미지 분석 소프트웨어는 각 세포로부터 특성 측정값을 추출하는 데 사용됩니다. 고유 측정값의 수는 보통 세포당 100~1000 범위입니다. 이러한 측정값은 일반적으로 강도, 질감, 형태, 크기를 비롯하여 세포소기관 간 공간관계를 나타내는 대상과 그 인접구조에 대한 근접성을 포함합니다. 이와 같은 측정값들이 모여 표현형 프로파일을 형성합니다.

표현형 프로파일링을 위한 세포 염색

세포의 표현형 프로파일링으로 세포의 특정한 생물학적 상태를 밝힙니다. 더 구체적으로 말하자면, 이는 생물학적 동요(Perturbation)에 대해 살펴보는 데 사용될 수 있습니다. 세포 형태학이 세포의 대사과정, 유전적 상태와 후생유전학적 상태, 환경적 단서와 같은 요인들에 영향을 받기 때문입니다. 게다가, 이는 건강한 세포와 병든 세포의 특성을 분석하는 데 사용될 수 있습니다. 표현형 프로파일은 많은 수의 측정값을 집계한 것이므로 세포 염색 Assay에서 추출된 그러한 기능의 편차나 변화에 더 민감도가 높습니다. 다시 말하자면, 표현형 프로파일을 이용하면 육안으로 명확하게 보이지 않을 수 있는 세포의 특정한 특성을 파악할 수 있습니다.

Science Explorer와의 인터뷰에서, Angeline Lim, PhD.가 다음과 같이 설명합니다. “저는 세포 염색이나 표현형 프로파일링이 얼굴 인식과 유사하다고 생각합니다. 이것은 Facebook이나 iPhoto가 사람들을 태그하는 것과 약간 비슷합니다. 사진을 찍거나 태그를 할 때, 배경 소프트웨어가 사진의 정보를 추출해서 프로파일을 계산합니다. 또 다른 사진이 나타나면, 소프트웨어는 그 프로파일을 이전 사진의 프로파일과 비교하여 둘이 동일하거나 다른지 확인합니다. 이것이 기본적으로 세포 염색이 작동하는 원리입니다. 세포 염색을 사용하면, 유사한 세포를 유사하지 않은 세포에서, 또는 병든 세포를 건강한 세포에서 클러스터하는 부분적인 이미지 분석 과정을 기대할 수 있습니다. 이것은 특히 신약 개발과 같은 여러 가지 응용 분야에 적용될 수 있습니다.”

처리한 세포와 표현형 변화의 예시

여기에는 처리한 세포에서 명확한 표현형의 변화가 나타나는 예시가 있습니다. 5개 파장 중 3개만 이 합성 이미지에 나타납니다. 핵은 Blue, 소포체는 Green, 액틴과 골지체는 Red.

세포 염색 Assay를 위한 일반적인 실험과정

세포 염색 Assay의 이점 중 하나는 전반적인 실험과정이 많은 수의 생물학자들에게 익숙하다는 점입니다. 먼저, 세포를 플레이트합니다. 다음으로, 한 유형의 동요(Perturbation)를 유도합니다. 이는 화학적이거나 유전적(예: 약물 첨가, 작은 크기의 분자 또는 RNAi 라이브러리)일 수 있습니다. 적합한 Incubation 기간 이후, 세포를 한 세트의 세포 염색시약으로 염색합니다. 또한 특정한 Assay에 더 알맞은 다른 염색시약 조합을 사용할 수도 있습니다.

세포가 “염색되면”, 우리의 High-Content Imaging 시스템을 이용한 포트폴리오의 최신 버전인 ImageXpress® Confocal HT.ai와 같은 High-Content Imager을 이용하여 세포 이미지를 획득합니다. 우리의 MetaXpress®이나 IN Carta 이미지 분석 소프트웨어와 같은 자동화 이미지 분석 소프트웨어는 세포와 그 구성요소를 식별하고 측정할 수 있는 특징을 추출하는 데 사용됩니다. 마지막으로, 이후 측정값은 다양한 데이터 분석툴을 이용하여 처리되어, 표현형 프로파일을 생성 및 비교하고, 클러스터링 분석을 수행하며, 형태학적 프로파일을 도출하는 표적을 식별합니다.

1. 세포를 실험기구(384 well 플레이트)에 세포를 배치합니다.
2. 세포를 화학적이거나 유전적 동요(예: RNAi, CRISPR,/Cas9) 또는 바이러스로 처리합니다.
3. 형광 염색시약(예: Hoechst, Phalloidin, MitoTracker)를 사용하여 염색합니다.
4. High-Content Imaging 시스템을 사용하여 세포 이미지를 획득합니다.
5. 자동화 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 특성 및 측정값을 추출하기 위해 세포 이미지를 분석합니다.
6. 측정값에서 형태학적 프로파일을 도출합니다.

세포 염색에 대해 더 알아보기

세포 염색은 특히 신약 개발과 같은 여러 중요한 잠재적 응용 분야에서 가치 있는 도구로써 각광받고 있습니다. 어떻게 High-Content Imaging 역량을 최적화하고, 데이터가 풍부한 표현형 프로파일을 제공하는 MetaXpress 소프트웨어에서 내장된 또는 맞춤형 모듈을 이용하여 다중 Assay를 수행하는지 알아보세요.

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