• BMB Reports
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• 제56권4호
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• pp.225-233
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• 2023

Hepatocellular carcinoma (HCC) is a very common form of cancer worldwide and is often fatal. Although the histopathology of HCC is characterized by metabolic pathophysiology, fibrosis, and cirrhosis, the focus of treatment has been on eliminating HCC. Recently, three-dimensional (3D) multicellular hepatic spheroid (MCHS) models have provided a) new therapeutic strategies for progressive fibrotic liver diseases, such as antifibrotic and anti-inflammatory drugs, b) molecular targets, and c) treatments for metabolic dysregulation. MCHS models provide a potent anti-cancer tool because they can mimic a) tumor complexity and heterogeneity, b) the 3D context of tumor cells, and c) the gradients of physiological parameters that are characteristic of tumors in vivo. However, the information provided by an multicelluar tumor spheroid (MCTS) model must always be considered in the context of tumors in vivo. This mini-review summarizes what is known about tumor HCC heterogeneity and complexity and the advances provided by MCHS models for innovations in drug development to combat liver diseases.

• Radiation Oncology Journal
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• 제7권2호
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• pp.149-156
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• 1989

HeLa 세포의 spheroid를 배 양시켜 cis-platinum과 carboplatin으로 처리한 후 그 반응을 세포의 생존분획으로 분석하였다. 체외실험 model인 spheroid를 사용하여 platinum유사체의 약효와 방사선 감수성을 평가하고 약제에 대한 단층 세포와 spheroid의 감수성 차이를 세포-생존곡선에서 규명하기 위하여 본 실험을 시행하였다. Cis-platinum 농도-곡선에서 spheroid의 $Cq=3.4{\mu}M$이고 $Co=1.2{\mu}M$이었다. 이 것은 단층세포에 비하여 Co는 큰 변화가 없으나 Cq가 증가되어 cis-platinum이 저산소층 세포보다 활동적으로 분화하는 표면세포에 주로 작용하였으며, 반대로 carboplatin의 효과는 spheroid에 대한 $(Co=15.0{\mu}M)$ 감수성이 단층세포$(Co=32.5{\mu}M)$에 비하여 크게 증가되어, spheroid의 심층 세포에 주로 작용하였다. 방사선과 carboplation의 병용효과를 세포 생존분획이 0.01 수준에서 isobologram으로 분석한 결과 상호작용으로 supra-additive 효과를 나타내었다. 따라서, carboplatin은 cis-platinum에 비하여 신장과 위장에 대한 독성작용이 적고, 방사선과 병용함으로써 향후 더욱 효과적 인 종양 치료에 중요한 역할을 할 것으로 기대한다.

• BMB Reports
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• 제48권3호
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• pp.127-128
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• 2015

Tumor metastasis involves circulating and tumor-initiating capacities of metastatic cancer cells. Hepatic TM4SF5 promotes EMT for malignant growth and migration. Hepatocellular carcinoma (HCC) biomarkers remain unexplored for metastatic potential throughout metastasis. Here, novel TM4SF5/CD44 interaction-mediated self-renewal and circulating tumor cell (CTC) capacities were mechanistically explored. TM4SF5-dependent sphere growth was correlated with $CD133^+$, $CD24^-$, ALDH activity, and a physical association between CD44 and TM4SF5. The TM4SF5/CD44 interaction activated c-Src/STAT3/ Twist1/ B mi1 signaling for spheroid formation, while disturbing the interaction, expression, or activity of any component in this signaling pathway inhibited spheroid formation. In serial xenografts of less than 5,000 cells/injection, TM4SF5-positive tumors exhibited locally-increased CD44 expression, suggesting tumor cell differentiation. TM4SF5-positive cells were identified circulating in blood 4 to 6 weeks after orthotopic liver-injection. Anti-TM4SF reagents blocked their metastasis to distal intestinal organs. Altogether, our results provide evidence that TM4SF5 promotes self-renewal and CTC properties supported by $CD133^+/TM4SF5^+/CD44^+^{(TM4SF5-bound)}/ALDH^+/CD24^-$ markers during HCC metastasis.

• 생명과학회지
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• 제29권1호
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• pp.9-17
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• 2019

암조직의 내부에서 hypoxia와 glucose depletion 등의 microenvironmental stress를 받게 되면 necrosis가 유도되고, 실제로 암 조직 내부에서 necrotic core 형성이 관찰된다. Necrotic cells은 high mobility group box 1(HMGB1)를 extracellular space로 방출하는 것으로 알려져 있다. 방출된 HMGB1은 tumor-promoting cytokine으로 작용함으로써 tumor development 시 inflammation, metabolism 및 metastasis에 기여한다. 본 연구에서 non-invasive breast cancer cells MCF-7이 solid tumor의 in vitro model인 multicellular tumor spheroid (MTS) 배양을 통해 완전한 구형의 MTS를 형성하며 MTS가 성장함에 따라 inner region에 necrosis가 유도됨을 밝혔다. 또한 MCF-7 세포의 MTS 배양은 Snail 의존적으로 epithelial-mesenchymal transition (EMT)를 유도함을 관찰하였다. HMGB1의 cell surface receptors인 RAGE, TLR2, TLR4 발현이 MTS 배양에 의해 증가됨을 발견하였다. RAGE, TLR2, TLR4 를 knockdown한 결과 MTS 성장을 억제할 뿐만 아니라 MTS에 의해 증가되는 Snail 발현을 억제함을 밝혔다. 이는 MTS-induced Snail 발현이 RAGE/TLR2/TLR4의존적으로 조절되며 RAGE/TLR2/TLR4-Snail이 MTS 성장에 관여하는 것으로 보인다. 또한 Snail, RAGE, TLR2, TLR4 shRNA는 MTS 배양에 의해 유도되는 EMT를 억제함을 밝혔다. 실제 인간 암조직에서 정상조직에 비해 RAGE, TLR2, TLR4 유전자의 발현이 높음을 관찰하였다. 따라서 HMGB1이 RAGE/TLR2/4-Snail axis를 통해 MTS 배양에 따른 성장 및 EMT에 중요하게 작용할 것으로 예상된다.

• Biomolecules & Therapeutics
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• 제30권2호
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• pp.151-161
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• 2022

This study elucidates the anti-cancer potential of gallic acid (GA) as a promising therapeutic agent that exerts its effect by regulating the PI3K/Akt pathway. To prove our research rationale, we used diverse experimental methods such as cell viability assay, colony formation assay, tumor spheroid formation assay, cell cycle analysis, TUNEL assay, Western blot analysis, xenograft mouse model and histological analysis. Treatment with GA inhibited cell proliferation in dose-dependent manner as measured by cell viability assay at 48 h. GA and cisplatin (CDDP) also inhibited colony formation and tumor spheroid formation. In addition, GA and CDDP induced apoptosis, as determined by the distribution of early and late apoptotic cells and DNA fragmentation. Western blot analysis revealed that inhibition of the PI3K/Akt pathway induced upregulation of p53 (tumor suppressor protein), which in turn regulated cell cycle related proteins such as p21, p27, Cyclin D1 and E1, and intrinsic apoptotic proteins such as Bax, Bcl-2 and cleaved caspase-3. The anti-cancer effect of GA was further confirmed in an in vivo mouse model. Intraperitoneal injection with GA for 4 weeks in an A549-derived tumor xenograft model reduced the size of tumor mass. Injection of them downregulated the expression of proliferating cell nuclear antigen and p-Akt, but upregulated the expression of cleaved caspase-3 in tumor tissues. Taken together, these results indicated that GA hindered lung cancer progression by inducing cell cycle arrest and apoptosis, suggesting that GA would be a potential therapeutic agent against non-small cell lung cancer.

• 대한의생명과학회지
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• 제12권3호
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• pp.153-160
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• 2006

Human colon cancer is the second most fatal disease among a variety of cancers to cause cancer death in U.S.A. and its incidence rate is currently increased in Korea. Recently, many studies have been being progressed on the efficacy of diverse combination treatments. But results of these studies in vitro were not similar those in vivo. This study compared the anticancer reactions between each use of arsenic trioxide and taxol against human colon cancer HT-29 cell line and combined use of two drugs. And these results compared with the results of HT-29 spheroid cells having similar characteristics to the solid tumor in vivo. The spheroid of HT-29 cells was formed by using a multicellular spheroid system and the result was observed through electron microscopy. In vitro cytotoxicity of each use of arsenic trioxide and taxol was evaluated in HT-29 monolayer cells. The $IC_{50}$ value for arsenic trioxide was to be $33{\mu}M$ and taxol was to be 18nM. The result treated with the combination of taxol and arsenic trioxide decreased the cytotoxicity on the HT-29 monolayer cells. The spheroid cells represented higher resistance against drugs than the monolayer cells. I demonstrated DNA fragmentation after incubation with concentrations more than $10{\mu}M$ arsenic trioxide and 100nM taxol for 48h, on the monolayer cells. But the results of HT-29 cell line treated with the combination of taxol and arsenic trioxide was the same as the outcome of control samples that were not treated with any drug. And I don't demonstrated DNA fragmentation on the spheroid cells. These results suggest that apoptosis was not induced in the use of the combination can be thought as that arsenic trioxide might work as an antagonist to inhibit a taxol mechanism to induce apoptosis. And the spheroid cells represented higher resistance against drugs than the monolayer cells.

• 한국환경성돌연변이발암원학회지
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• 제17권1호
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• pp.7-11
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• 1997

Variations in adriamycin uptake and cytotoxicity were studied in tumor cells that were grown in different growth states and microenvironments. RIF-1 tumor cells were maintained in an RPMI 1640 medium, and grown in either a monolayer or multicell spheroids. For exponentially growing cells, adriamycin cytotoxicity increased with increased dosage up to 2.5 $\mu$g/ml, and this cytotoxicity was reduced when the cells were grown in a plateau phase or in an acidic microenvironment (pH 6.6). This reduced cytotoxicity was correlated with the uptake of the drug. For multicell spheroids, the cytotoxicity of the drug was reduced dramatically, and this reduction was also correlated with a reduced uptake of the drug and an acidic pH inside of the spheroids. When the drug cytotoxicity was evaluated at different locations within the spheroids, the cells in the inner regions were least affected by the drug, suggesting that both an acidic microenvironment and noncycling plateau phase cells are contributing factors in decreasing the efficacy of the drug in an organized tissue, such as multicell spheroids.

• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제30권sup2호
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• pp.189-196
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• 2001

목 적 : 교모세포종은 흔한 원발성 뇌종양이며 생물학적 특성상 빠른 성장률을 보이는 것 외에 침습성이 강하여 종양과 인접한 부분을 파괴 시킬 뿐 아니라 직접접촉하지 않는 부분의 파괴도 일어나게 되어 치료 예후가 매우 불량한 것으로 되어 있다. 광역학치료는 광감각제를 이용하며 광감각제는 적절한 파장의 광원에 노출되면 세포 내에서 산소독성 물질을 생성하여 세포괴사를 유도하는 것이 주 살해작용의 기전이다. 본 실험에서는 사람의 신경교종 세포주인 U87 세포를 이용하여 실험관 내에서 광감각제 photofrin을 이용한 광역학치료가 종양의 침습성에 미치는 영향을 알아보고 동시에 이를 뇌종양치료의 새로운 방법으로 사용될 수 있는지의 여부를 알아보고자 하였다. 재료 및 방법 : 교모세포종 세포주인 U87 세포를 여러 농도의 photofrin으로 처리한 후 632nm $100mJ/cm^2$의 고정된 광선조건에서 본 실험을 시행 하였으며 Microculture tetrazolium(MTT) assay를 이용하여 세포 살해능력을 측정하고 침습성은 matrigel artificial basement membrane assay 및 tumor spheroid fetal rat brain aggregate(FRBA) confrontation assay를 이용하여 측정하였다. 결 과 : MTT assay를 이용하여 측정한 광역학 치료의 세포살해능력은 $100mJ/cm^2$의 광선 세기에서 광감각제인 photofrin의 농도에 비례하여 세포 살해 능력을 보였다. Matrigel artificial basement membrane assay 를 이용한 종양 침습성 검사에서 광역학치료가 종양침습의 억제효과를 나타냄을 알 수 있었으며 특히 세포 살해능력을 별로 보이지 않았던 photofrin 농도 2.5ug/ml에서 뚜렷한 침습억제효과를 나타내고 있었다(p<0.05). tumor spheroid fetal rat brain aggregate(FRBA) confrontation assay에서는 brain aggregate의 파괴와 종양의 침습을 관찰할 수 있었는데 파괴의 모양은 생체내에서 보이는 것과 비슷 하였다. 또한 그 정도와 범위는 처리된 Photofrin의 농도에 비례하여 종양침습이 억제됨을 알 수 있었다. 결 론 : 이러한 결과를 종합해 보았을 때 PDT는 종양세포의 침습성에 중요한 역할을 함을 알 수 있었으며 PDT 는 세포 살해능력뿐 아니라 침습성에도 영향을 미침으로써 종양 치료에 유용한 방법으로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제47권1호
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• pp.164-171
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• 2019

기존에는 방사선 요법은 효과에 비해 소화기 점막 궤양 등 부작용이 많다. 본 연구는 방사선의 작용을 모사하는 방사선 모사 미생물 유래 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 방사선 치료의 한계를 대체할 기전적 방법을 모색하고자 한다. 암 치료의 평가를 위해서 대장암의 비균질적인 세포구성, 종양줄기세포 및 주위 미세환경 및 배양 기질 등의 상호작용을 고려할 수 있는 소화기암 스페로이드를 이용하였다. 대조군 대장암 스페로이드에 비해서 리보솜 스트레스하에서는 스페로이드 구조가 상대적으로 큰 군집을 형성하였다. 하지만 이는 구조 자체가 매우 섬긴 세포간 구성을 가진 스페로이드였으며 스페로이드 형성과정의 크기 수축은 대조군에 비해 매우 느리게 나타났다. 대조군은 강하게 뭉친 소규모 클러스트의 집합체가 최종적으로 스페로이드를 형성하여 물리적 손상을 받아도 단단한 소규모 클러스트는 유지되나 리보솜 스트레스 하에서는 물리적 손상에 의해 형태가 파손 후에는 스페로이드 형성이 거의 일어나지 않았다. 기전적으로 리보솜 스트레스 하에서 암세포의 군집하는 이동속도는 매우 느렸으며, 뭉치더라도 세포-세포간 접합부위가 상대적으로 적었다. 이 대장암 스페로이드를 이종 및 동종 이식을 통해 동물에서 증식 시 종양 조직 형성이 매우 억제되었으며, 형성이 되어도 세포-세포간 접합에 핵심단백질인 E-cadherin의 발현이 매우 감소 됨을 알 수 있었다. 결론적으로 방사선 모사 미생물 유래 리보솜 스트레스는 종양 스페로이드 세포 이동 및 접합을 저해하여 3차원 구조 형성 결함을 유발하였으며, 향후 방사선을 대체하여 약물적으로 방사선 항암효과를 구현하는 기반을 제공한다.

• Biomolecules & Therapeutics
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• 제14권2호
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• pp.90-95
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• 2006

CKD-602 exerts its antitumor effect via inhibition of topoisomerase I in cancer cells. Multicellular spheroid (MCS) and Multicellular layers (MCLs) are known as in vitro 3-dimensional models which closely represent tumor conditions in vivo. In order to investigate the potential of CKD-602 against human colorectal tumors, we evaluated the anti-proliferative activity and penetration ability of CKD-602 in MCS and MCL cultures of DLD-l human colorectal cancer cells, respectively. The maximum effects($E_{max}$) induced by CKD-602 were significantly lower in MCS compared to monolayers (48% vs 92%). With prolonged drug exposure, the $IC_{50's}$ of CKD-602 decreased to $23.5{\pm}1.0nM$ in monolayers after 24 h exposure and $42.3{\pm}1.7nM$ in MCS after 6 days, respectively. However, no further increase in effect was observed for exposure time longer than growth doubling time (Td) in both cultures. Activity of CKD-602 was significantly reduced after penetration through MCL and also with cell-free insert membrane. In conclusion, CKD-602 showed significantly decreased anti-proliferative activity in 3D cultures (MCS) of human colorectal cancer cells. Tumor penetration of CKD-602 could not be determined due to loss of activity after penetration through cell free insert membrane, which warrants further evaluation using a modified model.