This dissertation elucidates the underlying mechanisms of various pathophysiological phenomena, bringing a physical perspective into cell analysis. To do so, we started with establishing in vitro models replicating the in vivo microenvironments, and parameters describing cellular migration and deformations were extracted from the models primarily using live-cell imaging. In this way, we report the followings in each of the four chapters: First, we explicate the mechanisms of lipid droplet secretion during adipocyte dedifferentiation and report the phenomena of lipid exchange between adipocytes. Second, we reveal that ovarian cancer cells exposed to substrates of different stiffnesses acquire different characteristics and retain their mechanical memory over multi-passages and culture conditions in an in vitro model that simulates the peritoneal metastatic process. Third, we find that the spheroid models of breast cancer exhibit different levels of collectiveness during invasion depending on the protocols chosen for the spheroid generation. Finally, we establish spheroid models of glioblastoma and investigated their multimodal invasion mechanisms. The above results suggest that the physical indicators quantifying the physical aspects of cells can be as powerful as the traditional cell analysis based on the expression level of genes or proteins in the study of various pathophysiological phenomena.
본 학위논문에서는 세포의 분석에 역학적 관점을 도입하여 다양한 생리·병리현상의 기작을 조명한다. 우선 체내 미세환경조건을 반영한 체외 모델을 확립하였으며, 주로 생세포 이미징을 통해 세포의 이동과 변형에 관련된 변수를 추출하였다. 이를 통하여, 첫째, 지방세포 탈분화 과정의 지질방울 배출 기작을 밝히고 지방세포 간 지질 교환 현상에 관해 보고한다. 둘째, 상이한 강성환경에 노출시킨 되어 서로 다른 특성을 획득한 난소암 세포가 전이과정을 모사한 체외모델 내에서 복수의 계대, 배양 방식을 관통하는 기계적 기억력을 지속함을 보고한다. 셋째, 유방암 스페로이드 모델이 그 제작 방식에 따라 침습 시 서로 다른 결집력을 보임을 보고한다. 넷째, 교모세포종의 스페로이드 모델을 확립하고, 그 다중모드 침습 기작에 대하여 보고한다. 네 챕터에 아우른 위 결과들은 생리현상의 분석에서 정량화가 가능한 여러 역학 지표들이 유전체 및 단백질 발현량 기반 분석 못지않게 강력한 무기가 될 수 있음을 시사한다.
