The intestinal follicle-associated epithelium (FAE) of gut poses immunological importance as its role is to sense luminal antigens. The complexity of FAE was simplified as the co-culture of Caco-2 and Raji cell lines on a Transwell. The Transwell FAE model elucidated the involvement of Raji cell migration to the FAE-like functionality, yet live-cell monitoring was limited. This thesis describes a novel microfluidic cell culture system (MCCS) for studying Raji dynamics with live-cell monitoring. The MCCS is integrated into a commercial well plate for enhanced usability and maintenance of microvolumetric cell culture. In vitro FAE characteristics were validated with the increased measurement of Caco-2 permeability and the direct observation of Raji cell invasion to Caco-2 culture. Raji migratory behavior of the microfluidic FAE model in the MCCS displayed a 3.6 fold increase in directionality towards Caco-2, which concurred with the Raji translocation to Caco-2 layer reported in the Transwell model. Microcompartments were incorporated to the MCCS to provide controlled microenvironments for Raji cells. The enhanced functionality of the MCCS enabled periodic media exchange, allowing live-cell monitoring for an extended period. Investigation of the Raji migratory dynamics revealed higher motility and proliferation in the microenvironment encased with the 500 μm long microcompartments. Reciprocating migration of Raji cells was observed in the extended live-cell monitoring, which bared a resemblance to B lymphocytic migration occurring in actual tissue. Changes in the cellular behaviors of Caco-2 and Raji cells were investigated simultaneously concerning the effect of pro-inflammatory agents on the microfluidic FAE. The vesicular communication of the in vitro FAE was distinguished with massive streams of granular bodies emanating from Raji cells. The MCCS developed in this thesis is expected to be a novel apparatus for investigating biological phenomena of the microfluidic FAE model such as antigen response and vesicle-mediated cellular interactions.
장내 소포연관상피는 장내강의 항원를 감지하는 면역기능을 수행한다. 카코투 (Caco-2) 및 라지 (Raji) 세포를 트랜스웰 상에 공배양하여 장내 소포연관상피 체외모델을 구성하고, 모델의 장내 소포연관상피 기능과 라지 세포이동 간의 연관성이 보고된 바있으나, 트랜스웰 구조 상 실시간 세포이동관찰 연구가 어려웠다. 본 학위논문에서는 라지 세포이동역학분석을 수행하기 위해 미세유체 세포배양 시스템을 개발했고, 공배양된 세포의 장내 소포연관상피 특성을 확인했다. 장내 소포연관상피 미세유체모델의 라지 세포이동 방향성이 통제 조건 대비 3.6배 증가함을 측정했고, 이는 트랜스웰에서 확인 된 라지의 카코투 침투와 유사한 경향성을 보인 것이다. 본 시스템 내부에 미세구획을 구성하여 세포배양 미세환경의 제어도를 강화시켰을 때는 실제 조직 내 비(B)림프구 세포이동양상과 유사한 라지 세포의 왕복이동 현상이 관찰되었다. 또한, 카코투 및 라지 세포 동시관찰을 통해 염증인자가 주는 영향을 분석했으며, 라지 세포에서 배출된 세포질소포의 이동양상을 관찰할 수 있었다. 본 학위연구를 통해 개발한 미세유체 세포배양 시스템은 장내 소포연관상피의 항원반응 및 세포신호전달 등에 관한 연구에 사용되는 신규 배양시스템으로 기대된다.