목적은 구강 편평세포암-혈관 내피세포 공동 배양 마이크로플루이딕 칩을 구축하여 두 세포 간 상호작용을 검증하고, 칩을 화학요법 약물과 항혈관신생 약물의 효능 평가에 사용하는 것이다. 방법으로 다공성 폴리파라자일렌 막으로 분리된 2층 폴리디메틸실록산(PDMS) 칩을 설계하였으며, 상단 챔버에는 인간 제대 정맥 내피세포(HUVEC), 하단 챔버에는 인간 설 편평세포암 세포(WSU-HN6)를 각각 접종하였다. 유체역학 분석을 수행하여 칩 내부 상대 압력, 유속, 전단력을 계산하였다. 상층 HUVEC와 하층 HN6 세포에 대해 단독 배양 및 공동 배양 조건을 설정하였다. HUVEC는 단독 배양군(대조군)과 칩 하층에 HN6 세포를 추가한 공동 배양군으로 분류하였다. HN6 세포도 단독 배양군(대조군)과 칩 상층에 HUVEC 세포를 추가한 공동 배양군으로 분류하였다. qRT-PCR을 사용하여 두 그룹의 HUVEC에서 혈관 내피 성장 인자(VEGF), 세포 간 부착 분자 1(ICAM-1), 인터루킨 8(IL-8) mRNA 발현 수준을 검출하였다; 면역 형광 염색을 통해 VE-카드헤린(VE-cadherin) 발현 상황, 세포 간 저항을 측정하여 HUVEC 장벽 기능을 평가하고, 혈관 형성 실험으로 HUVEC의 관관 형성 능력을 검증하였다. CCK-8 키트를 사용하여 HN6 세포 활력을 측정하고, qRT-PCR로 HN6에서 VEGF, 알칼리성 섬유아세포 성장 인자(bFGF), N-카드헤린(N-cadherin), E-카드헤린(E-cadherin), 비멘틴(Vimentin) mRNA 발현 수준을 확인하였다. 면역 형광 염색으로 상피-간질 전이(EMT) 관련 마커 발현 상태를 관찰하고, 상처 긁기 실험으로 HN6 세포 이동 능력을 평가하였으며, TUNEL 염색으로 HN6 세포 세포자멸사를 검출하였다. 결과는 칩 입구에서 배지 유속을 100 μm/s로 설정하여 생리적 흐름 조건을 모사할 수 있었다. 공동 배양군 HUVEC에서 VEGF와 ICAM-1 mRNA 발현 수준이 유의하게 증가하였고(P<0.01), 혈관 형성 실험에서 연결점 수(P<0.05)와 관 총 길이(P<0.01)가 유의하게 증가하였으며, 세포 간 저항이 감소하고 VE-cadherin 형태가 불완전하였다. qRT-PCR 결과 단독 배양 HN6 세포와 비교할 때 공동 배양군 HN6 세포 활력은 변하지 않았으나 VEGF와 N-cadherin mRNA 발현 수준이 유의하게 증가(P<0.05)하고 E-cadherin mRNA는 유의하게 감소(P<0.05)하였다. 면역 형광 염색은 EMT 관련 마커 단백질 발현 변화가 qRT-PCR 결과와 일치하며, 비멘틴(P<0.001)과 N-cadherin(P<0.01) 단백질 발현 수준이 유의하게 증가하고 E-cadherin 발현은 유의하게 감소(P<0.05)하였다. 공동 배양군 HN6 세포의 24시간 상처 회복률이 단독 배양군보다 유의하게 높았으며(P<0.01), 베바시주맙의 첨가는 세포 이동을 억제하였고(P<0.0001), 농도가 높을수록 억제 효과가 강하였다. 베바시주맙은 HN6 세포에 대해 세포 독성을 나타내지 않았으며 화학요법 약물에 대한 감수성을 변화시키지 않았다. 결론 본 연구에서 설계한 2층 마이크로플루이딕 칩은 HN6와 HUVEC의 상호작용을 모사할 수 있어 약물 스크리닝에 활용될 수 있다.

구강 편평세포암; 마이크로플루이딕 칩; 혈관 내피세포; 공동 배양