KR100627695B1 - Animal serum-free medium composition for culturing human stem cells and method for differentiating from the cultured human stem cells to hematocytes - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동물혈청없이 인간혈청을 포함하는 세포 배양 배지 조성물에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 50-70 %(v/v) DMEM, 30-50 %(v/v) 영양 혼합물(Nutrient Mixture), 4-6 μg/ml 인슐린(insulin), 4-6 μg/ml 트랜스페린(transferrin), 4-6 ng/ml 소디움셀레나이트(sodium selenite), 10-7-10-9 M 덱사메타손(dexamethasone), 80-120 U 페니실린(penicillin)/800-1,200 U 스트렙토마이신(streptomycin), 5-15 ng/ml EGF, 5-15 ng/ml PDGF-BB, 5-15% 인체혈청를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간 줄기세포 배양 배지 조성물, 이를 이용한 인간 줄기 세포의 배양 방법 및 간세포로의 분화 유도 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell culture medium composition comprising human serum without animal serum, more specifically 50-70% (v / v) DMEM, 30-50% (v / v) Nutrient Mixture, 4 -6 μg / ml insulin, 4-6 μg / ml transferrin, 4-6 ng / ml sodium selenite, 10 -7 -10 -9 M dexamethasone, 80- Human stem cells comprising 120 U penicillin / 800-1,200 U streptomycin, 5-15 ng / ml EGF, 5-15 ng / ml PDGF-BB, 5-15% human serum A culture medium composition, a method for culturing human stem cells using the same, and a method for inducing differentiation into hepatocytes.

본 발명에 따르면, 세포분리의 초기단계에서부터 인간혈청을 사용함으로써 동물혈청을 없이 중간엽줄기세포의 배양 및 보존을 가능하게 하였으며 이를 통하여 중간엽줄기세포 배양시 사용되는 소태아혈청에 의한 안전성 문제를 해결하였다. 또한, 인간혈청을 사용할 때 나타나는 줄기세포의 증식능감소와 분화능감소를 해결하였다. 또한, 인간 중간엽줄기세포에서 분화된 간세포를 이용하여 간질환 치료에 유용한 세포치료제를 효과적으로 개발할 수 있다.According to the present invention, by using human serum from the early stage of cell separation, it was possible to culture and preserve the mesenchymal stem cells without animal serum, thereby reducing the safety problems of fetal bovine serum used in mesenchymal stem cell culture. Solved. In addition, it reduced the proliferative capacity and differentiation capacity of stem cells appearing when using human serum. In addition, the use of hepatocytes differentiated from human mesenchymal stem cells can effectively develop a cell therapy for the treatment of liver disease.

Description

인간 줄기 세포의 무동물혈청 배양 배지조성물 및 간세포로의 분화 유도 방법{Animal serum-free medium composition for culturing human stem cells and method for differentiating from the cultured human stem cells to hematocytes}Animal serum-free medium composition for culturing human stem cells and method for differentiating from the cultured human stem cells to hematocytes}

도 1은 소태아혈청및 인간혈청포함한 배지에서 지방기질세포 (ATSC)의 성장속도를 나타내는 그래프이다.Figure 1 is a graph showing the growth rate of fat matrix cells (ATSC) in a medium containing fetal bovine serum and human serum.

도 2는 소태아혈청및 인간혈청포함한 배지에서 골수중간엽줄기세포 (BMSC)의 성장속도를 나타내는 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the growth rate of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSC) in a medium containing fetal bovine serum and human serum.

도 3은 소태아혈청와 인간혈청에서 배양한 지방기질세포 및 골수중간엽줄기세포에서 지방분화와 골분화를 나타내는 사진이다.Figure 3 is a photograph showing the fat differentiation and bone differentiation in adipose matrix cells and bone marrow mesenchymal stem cells cultured in fetal bovine serum and human serum.

도 4는 지방조직에서 분리한 중간엽줄기세포의 10회 게대배양후 핵형을 분석한 사진이다.Figure 4 is a photograph analyzing the karyotype after 10 times crab culture of mesenchymal stem cells isolated from adipose tissue.

도 5는 지방조직에서 분리한 중간엽줄기세포를 다양한 사이토카인으로 간세포분화유도를 하였을 때 형태학적인 변화를 나타낸 사진이다.Figure 5 is a photograph showing the morphological changes when the mesenchymal stem cells isolated from adipose tissue when induced hepatocyte differentiation with various cytokines.

도 6은 미분화지방기질세포 (hATSC)와 간세포로 분화유도한 세포 (HO)에서 유전자(abumin과 a-fetoprotein (AFP))의 발현변화를 관찰한 것이다.Figure 6 shows the expression changes of genes (abumin and a-fetoprotein (AFP)) in undifferentiated fat substrate cells (hATSC) and hepatocytes induced differentiation (HO).

도 7은 간세포로 분화유도한 세포에서 LDL (low density lipoprotein) uptake를 측정한 결과이다.Figure 7 is the result of measuring the low density lipoprotein (LDL) uptake in cells induced to differentiate into hepatocytes.

도 8은 간세포로 분화유도한 세포의 배지에서 측정한 urea의 생산량증가를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the increase in urea production measured in the medium of cells induced to differentiate into hepatocytes.

본 발명은 동물혈청없이 인간혈청을 포함하는 세포 배양 배지 조성물에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 특정 농도의 DMEM, 영양 혼합물(Nutrient Mixture), 인슐린-트랜스페린-셀레늄(insulin-transferrin-selenium), EGF, PDGF-BB, 인간혈청 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 인간 줄기세포 배양 배지 조성물, 이를 이용한 인간 줄기 세포의 배양 방법및 간세포분화유도방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell culture medium composition comprising human serum without animal serum, and more particularly to a specific concentration of DMEM, nutrition mixture (Nutrient Mixture), insulin-transferrin-selenium, EGF, PDGF It relates to a human stem cell culture medium composition comprising a -BB, human serum and the like, a method for culturing human stem cells using the same and a method for inducing hepatocyte differentiation.

생체에서와는 달리, 체외에서 인위적으로 동물 세포를 배양하기 위하여 배양 배지를 공급하려면, 혈장이나 림프액과 같은 체액을 근거한 생체의 조건에 가까운 영양분과 pH, 온도, 삼투압 등의 환경 조건을 충분히 만족시켜 주어야 한다. 따라서, 체액을 근거로 배양 배지 조성을 결정하고 이 결정된 배양 배지를 선택하여 혈청을 적정 비율로 세포에 맞게 첨가한 뒤 세포 배양에 이용하여 왔다. 이런 방법으로서, 배지 개발 초기에는 1950년경 모건(Morgan) 등이 체액 조성을 근거로 M199 배지를 만들어 태아 세포(primary chick)를 배양하였다(Morgan, et al., 1950). 이어서 개발된 주요 배지로는, 이글(Eagle)이 사람과 쥐의 태아 세포 배양에 이용한 기초 배양액(basal medium)(Eagle, 1955), 쥐의 태아 세포 배양에 이용한 배양액(Dulbecco's modified eagles medium, Dulbecco, et al., 1959), Ham's F- 12(Ham, 1965)와 모르(Moore) 등이 햄스터 종양 세포 배양에 이용한 RPMI-1640(Moore et al., 1967) 등이 있다.Unlike in vivo, in order to supply culture medium to artificially cultivate animal cells in vitro, it is necessary to satisfactorily satisfy the nutrients close to the biological conditions based on body fluids such as plasma or lymph and environmental conditions such as pH, temperature and osmotic pressure. . Therefore, the culture medium composition was determined based on the body fluid, and the determined culture medium was selected and serum was added to the cells at an appropriate ratio, and then used for cell culture. In this way, early in the development of the medium, Morgan (Morgan) et al. 1950 produced M199 medium based on the body fluid composition and cultured the primary chick (Morgan, et al., 1950). Subsequently, the main medium developed was Eagle basal medium (Eagle, 1955) used for culturing human and rat embryo cells, and culture medium for culturing mice fetal cells (Dulbecco's modified eagles medium, Dulbecco, et al., 1959), Ham's F-12 (Ham, 1965) and Morore et al. RPMI-1640 (Moore et al., 1967) used to culture hamster tumor cells.

세포 배양시, 세포의 영양 요구성에 따라 상기의 기본 배지에 5내지 20%의 동물혈청을 첨가하여 사용한다. 혈청에는 세포의 성장과 기능을 촉진하는 인슐린 또는 폴리펩티드계통의 다양한 호르몬과 세포의 분열과 기능을 조절하는 성장 인자들, 그리고 피브로넥틴과 같은 부착 및 확산 인자들, 결합 단백질로 트랜스페린이 있으며, 지질, 무기질 등 미량 요소들이 다수 포함되어 있다. 혈청은 또한 완충액으로서 배양액의 삼투압과 pH를 조절하며, 단백질 분해 저해 및 물리적 충격에서 세포를 보호할 수 있는 점성 작용도 가지고 있다(Griffiths, 1987). 따라서, 기본 배지에 일정 농도의 혈청을 넣어 배양용 배지를 만들고 있다. 이처럼 다양한 기능을 가진 물질들이 포함된 혈청을 사용하여 동물 세포를 배양할 수 있다. In cell culture, 5 to 20% of animal serum is added to the basal medium according to the nutritional requirements of the cells. The serum contains insulin, which promotes cell growth and function, various hormones of the polypeptide system, growth factors that regulate cell division and function, and adhesion and diffusion factors such as fibronectin, transferrin as a binding protein, lipids and minerals. Many trace elements are included. Serum is also a buffer that regulates the osmotic pressure and pH of the culture, and has a viscous action that protects cells from proteolytic inhibition and physical shock (Griffiths, 1987). Therefore, a constant concentration of serum is added to the basal medium to form a culture medium. Animal cells can be cultured using serums containing these various functions.

줄기세포는 미분화 상태에서 일정기간 동안 자신과 동일한 세포를 지속적으로 만들어 낼 수 있는 성질과 적당한 조건하에서는 특정한 세포로 분화하는 성질을 가지고 있다. 줄기세포는 그 기원에 따라 배아 줄기세포(embryonic stem cell)와 성체 줄기세포(adult stem cell)로 구분될 수 있다. 사람 배아 줄기세포는 인간 생명체로발생할 수 있는 배아로부터 만들어지기 때문에 많은 윤리적인 문제점을 가지고 있으나 성체 줄기세포에 비하여 세포증식 및 분화 능력이 우수한 것으로 알려져 있다. 성체 줄기세포는 골수, 혈액, 뇌, 피부 등에서 얻을 수 있어 윤리적인 문제가 적으나 배아 줄기세포에 비하여 한정된 분화능력(multipotency)을 가지고 있다. 성체 줄기세포중 가장연구가 많이 진행된 것은 조혈 줄기세포(hematopoietic stem cell)이며 최근 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell)에 대한 연구들도 활기를띠고 있다.Stem cells have the property of continuously producing the same cells as themselves for a certain period of time in an undifferentiated state, and differentiate into specific cells under suitable conditions. Stem cells can be divided into embryonic stem cells and adult stem cells, depending on their origin. Human embryonic stem cells have many ethical problems because they are made from embryos that can occur in human life, but they are known to have superior cell proliferation and differentiation capacity as adult stem cells. Adult stem cells can be obtained from bone marrow, blood, brain, skin, etc., so there are few ethical problems, but they have limited multipotency compared to embryonic stem cells. The most researched adult stem cells are hematopoietic stem cells, and recent studies on mesenchymal stem cells are also invigorating.

중간엽 줄기세포중 가장 먼저 발견된 골수기질세포는 1968년 Fiedenstein등의 연구에 의해 처음으로 밝혀졌으며 (Friedenstein et al, 1968) 혈액줄기세포의 분화환경을 조성할 뿐만 아니라 적절한 실험조건하에서 연골, 뼈, 지방조직등 다양한 결체조직을 형성할 수 있다 (Owen, 1988). 생체외에서 골수기질세포를 심장근육세포 (Makino et al, 1999), 간세포(Oh et al, 2001) 및 신경세포 (Woodbury et al, 2000; Deng et al, 2001)로 분화시키기 위한 실험들이 시도되었다. 골수기질세포를 포함한 중간엽줄기세포는 다양한 손상장기의 세포치료, 유전자전달, 면역반응의 조절등 다양한 목적에 이용될 수 있다 (Tocci & Forte, 2003). The first bone marrow stromal cells found among mesenchymal stem cells were first identified by a study by Fiedenstein et al. (1968) (Friedenstein et al, 1968). And various connective tissues such as adipose tissue (Owen, 1988). Experiments have been attempted to differentiate bone marrow stromal cells into cardiomyocytes (Makino et al, 1999), hepatocytes (Oh et al, 2001) and neurons (Woodbury et al, 2000; Deng et al, 2001) ex vivo. Mesenchymal stem cells, including bone marrow stromal cells, can be used for a variety of purposes, including cell therapy of various organs, gene transfer, and regulation of immune responses (Tocci & Forte, 2003).

그러나, 이러한 인간줄기세포를 배양하기 위해 동물혈청 (소태아혈청)을 함유하는 배지를 이용하는 경우, 소태아혈청으로 배양한 세포를 태아혈청이 없는 용액으로 세척하더라도 상당량의 소태아혈청이 세포내 잔류하여 강력한 이종항원으로 작용하며 광우병등 소의 질환의 인체감염가능성등으로 소태아혈청으로 배양한 세포의 인체이식이 미국에서는 금지되어 있는 상황이다.However, when a medium containing animal serum (fetal bovine serum) is used to culture such human stem cells, a considerable amount of fetal bovine serum remains in the cells even if the cells cultured with fetal bovine serum are washed with a solution without fetal serum. As a powerful heterologous antigen, human transplantation of cells cultured with fetal bovine serum is prohibited in the United States due to the possibility of human infection of bovine diseases such as mad cow disease.

인간 골수로부터 중간엽줄기세포의 분리를 위한 기법과 지방조직에서 중간엽줄기세포를 분리하는 기법은 각각 Pittenger 등 (Science 284: 143-147, 1997)와 van등 (J Clin Invest. 58: 699-704, 1976)의 문헌에서 개시되었다. 이들에서는 세포배양을 위하여 α-MEM이나 DMEM배지 및 10-20% 소태아혈청을 사용하였다. 그러나 이들 배지에 동물혈청 (소태아혈청)이 이용됨으로서 인체이식에 많은 안전성 문제 를 발생해왔다.Techniques for the isolation of mesenchymal stem cells from human bone marrow and for the separation of mesenchymal stem cells from adipose tissue are described by Pittenger et al. (Science 284: 143-147, 1997) and van et al. (J Clin Invest. 58: 699-). 704, 1976). In these cells, α-MEM or DMEM medium and 10-20% fetal bovine serum were used for cell culture. However, the use of animal serum (fetal bovine serum) in these media has caused many safety problems in human transplantation.

이를 극복하기 위해 종래 세포배양배지에서 소태아 혈청대신에 인간혈청을 사용하는 시도가 있었으나 (Kuznetsov SA, Mankani MH, Robey PG. Effect of serum on human bone marrow stromal cells: ex vivo expansion and in vivo bone formation. Transplantation. 2000 Dec 27;70(12):1780-7) 줄기세포의 증식능의 저하와 분화능의 감소나 골세포로의 분화가 촉진되는등 줄기세포로의 특성소실로 인하여, 일반 세포배양용액에 인간혈청을 그대로 사용되기 어려웠다. To overcome this, there have been attempts to use human serum instead of fetal bovine serum in conventional cell culture media (Kuznetsov SA, Mankani MH, Robey PG.Effect of serum on human bone marrow stromal cells: ex vivo expansion and in vivo bone formation) Transplantation. 2000 Dec 27; 70 (12): 1780-7) Due to the loss of characteristics of stem cells, such as decreased proliferative capacity of stem cells, decreased differentiation capacity and accelerated differentiation into bone cells, Human serum was difficult to use as it is.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구노력한 결과, 특정 농도의 DMEM, Nutrient Mixture, insulin-transferrin-selenium, EGF, PDGF-BB, 인간혈청 등을 포함하는 배지조성물을 사용하는 경우 인간줄기세포를 높은 성장속도로 배양할수 있고, 1개월 이상 증식하여도 세포의 핵형을 유지할 수 있으며, 골, 지방, 연골및 간조직의 유도체로 분화를 유도할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made intensive studies to overcome the problems of the prior art, using a medium composition containing a specific concentration of DMEM, Nutrient Mixture, insulin-transferrin-selenium, EGF, PDGF-BB, human serum, etc. In this case, human stem cells can be cultured at a high growth rate, and the cell type can be maintained even after proliferation for more than one month, and it can be induced to differentiate into derivatives of bone, fat, cartilage and liver tissue. Was completed.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 종래 안전성 문제를 해결할 수 있는 동물혈청없이 인간혈청을 포함하는 새로운 인간줄기세포 배양배지조성물 및 간세포유도배지조성물을 제공하는 데 있다.Therefore, the main object of the present invention is to provide a new human stem cell culture medium composition and hepatocyte-induced medium composition containing human serum without animal serum that can solve the conventional safety problems.

본 발명의 다른 목적은 상기 배양배지조성물을 이용한 인간줄기세포의 배양방법및 간세포로의 분화 유도방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for culturing human stem cells using the culture medium composition and a method for inducing differentiation into hepatocytes.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 동물혈청없이 인간혈청을 포함하는 세포 배양 배지 조성물에 있어서, 50-70 %(v/v) DMEM, 30-50 %(v/v) 영양혼합물(Nutrient Mixture), 4-6 μg/ml 인슐린(insulin), 4-6 μg/ml 트랜스페린(transferrin), 4-6 ng/ml 소디움셀레나이트(sodium selenite), 10-7-10-9 M 덱사메타손(dexamethasone), 80-120 U 페니실린(penicillin)/800-1,200 U 스트렌토마이신(streptomycin), 5-15 ng/ml EGF, 5-15 ng/ml PDGF-BB, 5-15% 인간혈청을 포함하는 것을 특징으로 하는 인간줄기세포 배양 배지 조성물을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a cell culture medium composition comprising human serum without animal serum, 50-70% (v / v) DMEM, 30-50% (v / v) nutrient mixture ( Nutrient Mixture, 4-6 μg / ml insulin, 4-6 μg / ml transferrin, 4-6 ng / ml sodium selenite, 10 -7 -10 -9 M dexamethasone ( dexamethasone), including 80-120 U penicillin / 800-1,200 U streptomycin, 5-15 ng / ml EGF, 5-15 ng / ml PDGF-BB, 5-15% human serum It provides a human stem cell culture medium composition, characterized in that.

본 발명의 배지조성물에서, DMEM(둘베코 변형 이글 배지)는 세포배양에 사용되는 기본배지로서, 본 발명의 실시예에서는 구체적으로 low-glucose DMEM (L-glutamine)(Life Technologies 사)를 사용하였다.In the medium composition of the present invention, DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium) is a basic medium used for cell culture, and in the examples of the present invention, low-glucose DMEM (L-glutamine) (Life Technologies) was used. .

본 발명의 배지조성물에서, 영양혼합물(Nutrient Mixture)은 세포배양에 일반적으로 사용되는 각종 아미노산, 비타민, 무기염 등의 혼합물로서, 본 발명의 실시예에서는 구체적으로 F-12 Nutrient Mixture (Life Technologies 사)를 사용하였다.In the medium composition of the present invention, the nutrition mixture (Nutrient Mixture) is a mixture of various amino acids, vitamins, inorganic salts and the like commonly used in cell culture, in the embodiment of the present invention specifically F-12 Nutrient Mixture (Life Technologies, Inc.). ) Was used.

본 발명의 배지조성물에서, 인슐린(insulin), 트랜스페린(transferrin) 및 소디움셀레나이트(sodium selenite)을 제공하기 위해, 실시예에서 구체적으로 insulin-transferrin-selenium (Sigma 사)를 사용하였다.In the medium composition of the present invention, in order to provide insulin, transferrin and sodium selenite, insulin-transferrin-selenium (Sigma) was specifically used in the Examples.

본 발명의 배지조성물에서, 덱사메타손(dexamethasone)이란 9-Fluoro-16 -Methylprednisolone (C22H29FO5)을 의미하며, EGF는 상피세포성장호르몬(Epidermal Growth Factor)을 의미하며, PDGF-BB는 혈소판유래성장호르몬(platelet- derived growth factor PDGF)의 B polypeptide chain의 homodimer를 의미한다.In the medium composition of the present invention, dexamethasone (dexamethasone) means 9-Fluoro-16 -Methylprednisolone (C 22 H 29 FO 5 ), EGF means epidermal growth hormone (Epidermal Growth Factor), PDGF-BB The homodimer of the B polypeptide chain of platelet-derived growth factor (PDGF).

본 발명의 배지조성물에서, 인간혈청은 혈액원 등에서 입수할 수도 있으나, 배양하고자 하는 세포의 기원이 되는 환자에서 채취한 자가혈액으로부터 원심분리에 의해 얻는 것이 바람직하다.In the medium composition of the present invention, human serum may be obtained from a blood source or the like, but is preferably obtained by centrifugation from autologous blood collected from a patient who is the origin of cells to be cultured.

본 발명의 배지조성물에서, 인간혈청이 5 %이하일때는 증식속도의 제한이 있으며 15%이상에서 증식능의 유의한 증가가 나타나지 않고 세포의 분화능의 억제등이 나타나는 단점이 있다.In the medium composition of the present invention, when human serum is 5% or less, there is a limitation of proliferation rate and a significant increase in proliferative capacity does not occur at 15% or more, and there is a disadvantage of suppressing the differentiation capacity of cells.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 본 발명의 세포 배양 배지조성물을 이용한 인간 줄기세포의 배양방법을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a method for culturing human stem cells using the cell culture medium composition of the present invention.

본 발명의 인간 줄기세포의 배양방법은, 바람직하게는 상기 세포 배양 배지조성물을 포함하는 배양용기에 인간 줄기 세포를 접종하는 단계 및 상기 배양용기를 CO2 인큐베이터에 넣고 5 내지 15 %의 이산화탄소의 통기량으로 35 내지 39 ℃에서 배양하는 단계를 포함한다.In the method of culturing human stem cells of the present invention, the step of inoculating human stem cells in a culture vessel comprising the cell culture medium composition and the culture vessel in a CO 2 incubator 5 to 15% of the carbon dioxide Culturing at 35-39 ° C. in skill.

본 발명의 배양방법에서, 배양용기는 예컨대 100mm tissue culture dish(IWAKI,Japan), 60mm tissue culture dish (IWAKI,Japan), 6 well tissue culture dish (NuncolnTM , Denmark), 12 well tissue culture dish (TPP, Europe) 등 일반세포배양용기를 사용할수 있으며, CO2 인큐베이터는 예컨대 Forma 3130 CO2 incubator(Formascientific Inc,USA), SANYO CO2 incubator (Japan), NUAIR US Autoflow CO2 incubator (Hansol S.M. Korea)를 사용할 수 있다.In the culture method of the present invention, the culture vessel is, for example, 100 mm tissue culture dish (IWAKI, Japan), 60 mm tissue culture dish (IWAKI, Japan), 6 well tissue culture dish (Nuncoln , Denmark), 12 well tissue culture dish (TPP). , Europe), etc., and CO 2 incubators include Forma 3130 CO 2 incubator (Formascientific Inc, USA), SANYO CO 2 incubator (Japan), NUAIR US Autoflow CO 2 incubator (Hansol SM Korea). Can be used.

본 발명의 배양방법에서, 상기 인간 줄기 세포는 인간 유래의 태아줄기세포 및 성체줄기세포 모두가 될 수 있으나, 바람직하게는 성체줄기세포 중에서 중간엽 줄기세포, 더욱 바람직하게는 골수및 지방조직에서 분리한 중간엽줄기세포인 것을 특징으로 한다.In the culturing method of the present invention, the human stem cells may be both human-derived fetal stem cells and adult stem cells, but is preferably isolated from mesenchymal stem cells, more preferably bone marrow and adipose tissue among adult stem cells It is characterized by one mesenchymal stem cell.

본 발명의 배양방법에서, 바람직하게는 상기 인간 줄기 세포가 골, 지방 및 연골조직의 유도체로 분화할 수 있는 능력을 유지하고, 1개월 이상 동안 인간 줄기 세포의 핵형을 유지하면서 증식하는 것을 특징으로 한다.In the culturing method of the present invention, preferably, the human stem cells maintain the ability to differentiate into derivatives of bone, fat and cartilage, and proliferate while maintaining the karyotype of human stem cells for at least one month. do.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 15-25%(v/v) 인간혈청, 40-44%(v/v) DMEM, 26-30%(v/v) 영양 혼합물(Nutrient Mixture), 8-12%(v/v) DMSO(Dimethyl Sulfoxide)를 포함하는 인간줄기세포의 동결 건조 배지 조성물을 제공한다.To achieve the other object of the present invention, the present invention provides 15-25% (v / v) human serum, 40-44% (v / v) DMEM, 26-30% (v / v) nutrition mixture ), 8-12% (v / v) provides a freeze-dried medium composition of human stem cells containing DMSO (Dimethyl Sulfoxide).

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 본 발명의 인간줄기세포 배양 배지 조성물에서 5-15 ng/ml EGF, 5-15 ng/ml PDGF-BB 및 5-15% 인간혈청 대신에 5-15 ng/ml 간세포 성장인자(hepatocyte growth factors, HGF), 5-15 ng/ml 온코스타틴 M(oncostatin M, OSM)을 포함하는 것을 특징으로 하는 인간 중간엽줄기세포로부터 간세포로의 초기 분화 유도용 배지 조성물을 제공한다.In order to achieve the other object of the present invention, the present invention is in place of 5-15 ng / ml EGF, 5-15 ng / ml PDGF-BB and 5-15% human serum in the human stem cell culture medium composition of the present invention Initial differentiation from human mesenchymal stem cells to hepatocytes, comprising 5-15 ng / ml hepatocyte growth factors (HGF), 5-15 ng / ml oncostatin M (OSM) Provided is a medium composition for induction.

본 발명의 배지 조성물에서, HGF 및 OSM 중 어느 하나가 빠지거나 상기 농도 범위를 벗어나면 인간 중간엽줄기세포로부터 간세포로의 초기분화가 잘 유도되지 않는다. In the medium composition of the present invention, if any one of HGF and OSM is missing or out of the concentration range, early differentiation from human mesenchymal stem cells to hepatocytes is not well induced.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 본 발명의 간세로 초기 분화 유도용 배지 조성물을 이용하여 초기 분화를 유도한 다음, 분화를 유도하기 시작한 지 8-15일째 되는 날부터 상기 배지 조성물에 0.05-0.2% DMSO를 더해줌으로써 최종 분화를 유도하는 것을 특징으로 하는 인체 중간엽줄기세포로부터 간세포로의 분화를 유도하는 방법을 제공한다In order to achieve the other object of the present invention, the present invention induces the initial differentiation using the medium composition for inducing differentiation with the ancestor of the present invention, and then the medium from the day 8-15 days after inducing differentiation It provides a method of inducing differentiation from human mesenchymal stem cells to hepatocytes, which induces final differentiation by adding 0.05-0.2% DMSO to the composition.

본 발명의 분화유도방법에서, DMSO가 생략되거나 상기 농도범위를 벗어나면 인간 중간엽줄기세포로부터 간세포로의 최종분화가 잘 유도되지 않는다.In the differentiation-inducing method of the present invention, when DMSO is omitted or out of the concentration range, final differentiation from human mesenchymal stem cells to hepatocytes is not well induced.

본 발명에서는 구체적으로 중간엽줄기세포를 분리하여 처음부터 인간혈청을 첨가한 배지로 배양하고 분화능을 유지한 상태로 5회이상 계대배양이 가능하고 동결보존이 가능하게 하는 방법 및 배지조성을 제공한다. 아직까지 인간혈청으로 중간엽줄기세포를 성공적으로 배양한 바가 없으나, 본 발명에서는 인체사용을 위하여 초기단계부터 소태아혈청에 노출되지 않게 배양하였으며, 인체이식을 위한 세포확보를 위해 필요한 5회 계대배양 동안 분화능을 유지하였다.The present invention specifically provides a method and a medium composition for separating mesenchymal stem cells and culturing in a medium to which human serum is added from the beginning, and subculture at least five times in a state of maintaining differentiation capacity and enabling cryopreservation. There has been no successful culturing of mesenchymal stem cells with human serum, but in the present invention, it was cultured so as not to be exposed to fetal bovine serum from the initial stage for human use, and five passages necessary for securing cells for human transplantation. Differentiation capacity was maintained for a while.

또한, 본 발명은 인간혈청으로 배양된 인간 중간엽줄기세포로부터 간세포로 분화를 유도할 수 있는 배지조성물과 분화 유도방법을 제공함으로써, 상기 방법을 이용하여 간질환 세포치료제를 효과적으로 개발할 수 있다.In addition, the present invention provides a medium composition capable of inducing differentiation from human mesenchymal stem cells cultured with human serum to hepatocytes and a method of inducing differentiation, thereby effectively developing a liver disease cell therapy using the above method.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의 해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. Since these examples are only for illustrating the present invention, the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

(실시예 1) 세포배양 및 보관Example 1 Cell Culture and Storage

사람의 골수및 지방에서 중간엽줄기세포를 분리하고 이들 세포를 기존의 소태아혈청포함배지와 인간혈청대체배지로 배양하였다. 인체골수에서 기질 줄기세포를 분리하기 위하여 골수에 Ficoll을 첨가하고 3500 rpm에서 30분간 원심분리를 해준 후 mononuclear cell layer인 상층액을 HBSS로 씻어 Ficoll을 제거하였다. 원심분리 후 다음과 같은 3가지 배양용액을 각각 사용하여 중간엽 줄기세포를 배양하였다. 지방조직으로부터 기질줄기세포를 분리하기 위하여 성형외과에서 피하지방제거술을 시행한 환자에서 지방조직을 얻는다. 분리한 지방조직을 HBSS로 씻어준 후 지방조직을 얇게 자른 다음 0.075% collagenase를 첨가한 serum이 없는 α-MEM배지에 37oC에서 30분간 처리하였다. 원심분리 후 pellet에 다음과 같은 3가지 조성의 배양용액을 각각 사용하여 기질 줄기세포를 배양하였다. ① α-MEM(L-glutamine), 10% 소태아혈청로 이루어진 배양용액, ② α-MEM (L-glutamine), 10% 인간혈청 으로 이루어진 배양용액, ③ fibronectin (10 ng/㎖)이 coating된 배양용기에 50-70% low-glucose DMEM (L-glutamine) (Life Technologies), 30-50% Nutrient Mixture (Life Technologies),1x insulin-transferrin-selenium (Sigma),10-8 M dexamethasone (Sigma), 100 U penicillin/1,000 U streptomycin (Sigma), 10 ng/ml EGF (Daewoong 제약), 10 ng/ml PDGF-BB (R&D system), 10% 인간혈청으로 이루어진 배양용액에서 배양하였다. 분리된 세포들을 dish에 plating해서 24시간 후 부착되지 않은 세포를 제거하였다. 세포가 70-80%까지 자란 후 trypsin/EDTA를 처리하여 세포를 단일세포로 분리하고 이를 2000/cm2의 밀도로 깔아 게대배양하였다. 세포증식속도는 3일단위로 게대배양시 전체세포수를 count함으로써 측정하였다. 인간혈청분리를 위하여 채혈후 항응고제 (heparin)을 처리한 용기에 넣어 혈액응고를 방지하고 이를 500 rpm으로 5분간 원심분리하고 혈청을 분리하였다. 0.2 μm Filter에서 혈청을 여과하여 멸균하고 세포배양에 사용하였다.Mesenchymal stem cells were isolated from human bone marrow and fat and cultured with conventional fetal bovine serum containing medium and human serum replacement medium. Ficoll was added to bone marrow to separate stromal stem cells from human bone marrow, and centrifuged at 3500 rpm for 30 minutes. The supernatant, a mononuclear cell layer, was washed with HBSS to remove Ficoll. After centrifugation, mesenchymal stem cells were cultured using the following three culture solutions. Adipose tissues are obtained from patients undergoing subcutaneous fat removal surgery in plastic surgery to separate stromal stem cells from adipose tissue. The isolated adipose tissue was washed with HBSS, and the adipose tissue was thinly sliced and then treated in a serum-free α-MEM medium containing 0.075% collagenase at 37 ° C. for 30 minutes. After centrifugation, the stromal stem cells were cultured using the following three culture solutions in pellets. ① Culture solution consisting of α-MEM (L-glutamine), 10% fetal bovine serum, ② Culture solution consisting of α-MEM (L-glutamine), 10% human serum, ③ Fibronectin (10 ng / ml) 50-70% low-glucose DMEM (L-glutamine) (Life Technologies), 30-50% Nutrient Mixture (Life Technologies), 1x insulin-transferrin-selenium (Sigma), 10 -8 M dexamethasone (Sigma) , 100 U penicillin / 1,000 U streptomycin (Sigma), 10 ng / ml EGF (Daewoong Pharmaceuticals), 10 ng / ml PDGF-BB (R & D system), and 10% human serum. The separated cells were plated in a dish to remove unattached cells after 24 hours. Cells were grown to 70-80% and treated with trypsin / EDTA to separate the cells into single cells and spread them to a density of 2000 / cm 2 for crab culture. Cell proliferation rate was measured by counting the total cell number during crab culture on a 3-day basis. In order to separate human serum, blood was collected in a container treated with anticoagulant (heparin) to prevent blood coagulation, and centrifuged at 500 rpm for 5 minutes and serum was separated. Serum was filtered and sterilized in a 0.2 μm filter and used for cell culture.

중간엽줄기세포의 동결시에는 먼저 세포를 떼어내서 20% human serum을 포함한 세포배양배지 (DMEM-low glucose/F-12배지) 900㎕ 로 현탁시킨다. Freezing vial에 DMSO 100㎕를 넣고 현탁된 세포를 넣어 -20℃에서 1시간 30분간 보관 후 -70℃로 옮겨 보관한다.To freeze the mesenchymal stem cells, first remove the cells and suspend them in 900 µl of cell culture medium containing 20% human serum (DMEM-low glucose / F-12 medium). Put 100µl of DMSO into the freezing vial, add suspended cells, store at -20 ℃ for 1 hour 30 minutes, and transfer to -70 ℃.

증식능의 측정을 위하여 세포를 3일간격으로 계대배양하면서 각 계대배양시기마다 cell을 모아 현미경에서 haematometer를 이용하여 일정 용적 중의 세포수를 세는 방법으로 측정하여 세포의 수가 두배가 되는데 걸리는 시간을 측정하였다. 그 결과, 도 1에서 보여지듯이, 소태아혈청를 첨가한 배지에서 골수 및 지방조직으로부터 분리한 중간엽줄기세포의 초기 증식능의 유의한 차이는 없었으나 소태아혈청를 10% 인간혈청으로 대체한 경우 α-MEM배지에서 성장속도가 유의하게 감소하였으나 DMEM-LG/F-12 배지에서는 성장능의 유의한 차이가 확인되지 않았다. 또한 이들 세포는 10회까지 게대배양하더라도 성장능의 유의한 차이가 관찰되지 않았으며 인간혈청을 포함한 동결배지를 이용하여 동결건조한 후 해동후에도 성장능의 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 실험에 사용된 low-glucose DMEM (L-glutamine) (Life Technologies)의 조성은 하기 표 1에, F-12 Nutrient Mixture (Life Technologies)의 조성은 하기 표 2에 기재하였다.In order to measure the proliferation capacity, the cells were passaged at three-day intervals, and the cells were collected at each passage, and the time taken to double the number of cells was measured by counting the number of cells in a certain volume using a haematometer under a microscope. . As a result, as shown in Figure 1, there was no significant difference in the initial proliferative capacity of mesenchymal stem cells isolated from bone marrow and adipose tissue in the medium added with fetal bovine serum, but if the fetal bovine serum was replaced with 10% human serum Growth rate was significantly decreased in MEM medium, but no significant difference was observed in DMEM-LG / F-12 medium. In addition, even though these cells were cultured up to 10 times, no significant difference in growth capacity was observed, and no significant difference in growth capacity was observed after thawing after freeze-drying using a freeze medium containing human serum. The composition of low-glucose DMEM (L-glutamine) (Life Technologies) used in the experiment is shown in Table 1 below, and the composition of F-12 Nutrient Mixture (Life Technologies) is shown in Table 2 below.

Figure 112004014926853-pat00001
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Figure 112004014926853-pat00002
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(실시예 2) 세포 표면 항원의 발현Example 2 Expression of Cell Surface Antigens

소태아혈청(실시예1의 조성1) 및 인간혈청(실시예1의 조성3)에서 배양한 인 체 중간엽줄기세포에서 표면항원의 발현이 변화하는지를 확인하기 위하여 유세포분석을 실시하였다. 유세포분석을 위하여 세포를 72시간 배양한 후 0.25% trypsin/EDTA로 세포를 떼어낸 후 4% formaldehyde로 30분간 고정시킨다. 고정된 세포는 flow cytometry buffer (FCB; 1 x PBS, 2% FBS, 0.05% sodium azide)로 씻어주고 106 세포로 나눠 담은 뒤 CD29, CD44, CD90, CD105, CD34, CD14b , HLA-DR 항체를 포함하는 flow cytometry buffer를 각각 처리하였다. 항체로 처리된 세포는 FACScan argon laser cytometer (Becton Dickson, San Jose, CA)를 이용하여 측정하였다. Flow cytometry was performed to determine whether the surface antigen expression changes in human mesenchymal stem cells cultured in fetal bovine serum (composition 1 of Example 1) and human serum (composition 3 of example 1). For flow cytometry, incubate the cells for 72 hours, remove the cells with 0.25% trypsin / EDTA, and fix for 30 minutes with 4% formaldehyde. Immobilized cells were washed with flow cytometry buffer (FCB; 1 x PBS, 2% FBS, 0.05% sodium azide), divided into 10 6 cells, followed by CD29, CD44, CD90, CD105, CD34, CD14b, and HLA-DR antibodies. Each containing flow cytometry buffer was treated. Cells treated with antibodies were measured using a FACScan argon laser cytometer (Becton Dickson, San Jose, Calif.).

하기 표 3에서 보여지듯이, 인간혈청으로 배양한 중간엽줄기세포에서 표면항원의 발현은 소태아혈청존재하에서 배양한 중간엽줄기세포와 유의한 차이를 나타내지 않았다.As shown in Table 3, the expression of surface antigen in mesenchymal stem cells cultured with human serum did not show a significant difference from mesenchymal stem cells cultured in fetal bovine serum.

소태아혈청와 인간혈청에서 배양한 지방기질세포 및 골수중간엽줄기세포에서 표면단백질의 발현비교Comparison of Surface Protein Expression in Adipose Matrix and Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in Fetal Bovine Serum and Human Serum ATSCATSC BMSCBMSC + FBS+ FBS + HS + HS +FBS+ FBS +HS+ HS CD44CD44 ++++ ++++ ++++ ++++ CD29CD29 ++++ ++++ ++++ ++++ CD105CD105 ++ ++ ++ ++ CD34CD34 -- -- -- -- CD14bCD14b -- -- -- -- HLA-DRHLA-DR -- -- -- -- CD90CD90 ++++ ++++ ++++ ++++

++, strong positive; +, weak positive; -, negative  ++, strong positive; +, weak positive; -, negative

(실시예 3) 지방분화와 골분화 유도Example 3 Induction of Adipose and Bone Differentiation

인간혈청(실시예1의 조성3)으로 배양한 중간엽줄기세포의 분화능이 유지되는 지를 확인하기 위하여 지방및 골세포로의 분화를 유도하였다. 중간엽줄기세포를 지방세포로의 분화배지 (10% 소태아혈청, 1 μM dexamethasone, 0.5 mM 3-isobutyl-1-methylxanthine, 10 μM insulin, and 200??M indomethacin in α-MEM) 및 골세포 분화배지(10% 소태아혈청, 0.1 μM dexamethasone, 10 mM β-glycerophosphate, and 50 μM ascorbic acid in α-MEM)를 이용하여 분화하였다. 분화된 지방세포는 세포표면에 축적된 lipid를 Oil Red O로 염색하고, 여기에 isopropyl alcohol을 처리한 후 510 nm에서 흡광도를 측정하여 정량하였다. Oil Red O로의 염색과정은 분화배지를 제거한 후 4% formaldehyde로 15분간 실온에서 고정시키고 HBSS로 두 번 씻어준다. 2% Oil Red O로 실온에서 1시간 염색한 후 HBSS로 깨끗하게 씻어주고 현미경에서 분화정도를 관찰하였다. 분화된 골세포는 alizarin red S로 염색한 후 Meta Morph 프로그램을 이용하여 전체 세포에서 분화된 세포의 퍼센트를 측정 수치화하여 정량하였다. Alizarin red S로의 염색과정은 분화배지를 제거한 후 70% ethanol로 15분간 실온에서 고정시키고 증류수로 두 번 씻어주었다. Alizarin red S를 실온에서 10분 염색한 후 분화정도를 현미경하에서 관찰하였다.Differentiation into adipose and osteocytes was induced to confirm whether the differentiation ability of mesenchymal stem cells cultured with human serum (composition 3 of Example 1) is maintained. Differentiation of mesenchymal stem cells into adipocytes (10% fetal bovine serum, 1 μM dexamethasone, 0.5 mM 3-isobutyl-1-methylxanthine, 10 μM insulin, and 200 ?? M indomethacin in α-MEM) and osteoblast differentiation Differentiation was performed using medium (10% fetal bovine serum, 0.1 μM dexamethasone, 10 mM β-glycerophosphate, and 50 μM ascorbic acid in α-MEM). Differentiated fat cells were quantified by staining lipids accumulated on the cell surface with Oil Red O, treated with isopropyl alcohol, and measuring absorbance at 510 nm. After staining with Oil Red O, remove the differentiation medium, fix with 4% formaldehyde at room temperature for 15 minutes and wash twice with HBSS. After staining for 1 hour at room temperature with 2% Oil Red O, washed with HBSS and observed the degree of differentiation under a microscope. Differentiated bone cells were stained with alizarin red S and quantified by measuring and quantifying the percentage of differentiated cells in total cells using Meta Morph program. After staining with Alizarin red S, the differentiation medium was removed and fixed with 70% ethanol at room temperature for 15 minutes and washed twice with distilled water. After staining with Alizarin red S for 10 minutes at room temperature, the degree of differentiation was observed under a microscope.

이들 세포가 분화능을 유지하는 지를 밝히기 위하여 각 배양조건(human serum 및 FBS)에서 증식한 중간엽줄기세포를 골세포(OM) 및 지방세포(AM)로 분화를 유도한 결과 유의한 분화능의 차이가 관찰되지 않았다 (도 3). 또한 골수중간엽줄기세포와 지방기질세포를 소태아혈청 (FBS) 이나 인간혈청 (HS)에서 1회 또는 5회 게대배양후 상기의 방법으로 2주간 지방 및 골세포로의 분화를 유도하고 서로 다른 4개의 샘플에서 분화능을 상기의 방법으로 정량화한 후 평균값을 측정한 결과 최소 5회까지 게대배양후도 분화능과 증식능의 유의한 차이는 없었다 (표 4).In order to determine whether these cells maintain differentiation capacity, differentiation of mesenchymal stem cells proliferated in each culture condition (human serum and FBS) into bone cells (OM) and adipocytes (AM) induced significant differentiation. Not observed (FIG. 3). In addition, after one or five crab cultures of bone marrow mesenchymal mesenchymal stem cells and adipocytes in fetal bovine serum (FBS) or human serum (HS), the differentiation of fat and bone cells into two weeks was induced by different methods. Differentiation capacity of the four samples was quantified by the above method, and the average value was measured. There was no significant difference between the differentiation capacity and the proliferative capacity after crab culture up to 5 times (Table 4).

소태아혈청와 인간혈청에서 배양한 지방기질세포 및 골수중간엽줄기세포에서 지방분화와 골분화의 정량분석Quantitative Analysis of Adipose and Bone Differentiation in Adipose Matrix and Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Cultured in Fetal Bovine Serum and Human Serum BMSCBMSC ATSCATSC +FBS+ FBS +HS+ HS +FBS+ FBS +HS+ HS passage 1passage 1 passage 5passage 5 passage 1passage 1 passage 5passage 5 passage 1passage 1 passage 5passage 5 passage 1passage 1 passage 5passage 5 Adipogenic differentiation (OD/12 well, n=4)Adipogenic differentiation (OD / 12 well, n = 4) 1.2871.287 1.3421.342 1.3211.321 1.2341.234 1.581.58 1.631.63 1.451.45 1.541.54 Osteogenic differentiation (% area after 2 wks of differentiation, n=4)Osteogenic differentiation (% area after 2 wks of differentiation, n = 4) 62.262.2 57.357.3 62.762.7 59.859.8 52.652.6 49.349.3 56.356.3 50.850.8

(실시예 4) 핵형분석Example 4 Karyotyping

세포증식후 10회 게대 배양후, 지방조직에서 분리한 중간엽줄기세포의 핵형을 분석하였다. 30 mm dish에 cover glass를 깐 후 적정 세포를 plating하여 24시간동안 배양한다. 유사분열 중기에서 세포분열을 중지시키기 위해 colcemid (Gibco, 10 μg/ml) 0.05ml를 첨가하여 4시간 배양시킨 후 저장성용액 (KCl, 75 mM)을 2ml 첨가하여 37℃에서 20분간 처리하였다. Carnoy 고정액 (methanol : acetic acid = 3:1)으로 4℃에서 30분간 고정한 다음 cover glass를꺼내 slide glass위에 고정시킨다. 슬라이드 건조기에서 4시간동안 건조시킨 후 0.025% trypsin 용액에서 25초간 치리하고 Giemsa 용액에서 2분간 처리하여 Giemsa-banding을 하여 1000배의 광학현미경으로 분석하였다. 세포는 정상적인 XX 핵형을 나타내었다 (도 4).After cell proliferation 10 times after cell proliferation, the karyotype of mesenchymal stem cells isolated from adipose tissue was analyzed. Cover glass in a 30 mm dish and incubate for 24 hours by plating the appropriate cells. In order to stop cell division in mitosis, the cells were incubated for 4 hours with 0.05 ml of colcemid (Gibco, 10 μg / ml), and 2 ml of a stock solution (KCl, 75 mM) was added thereto and treated at 37 ° C. for 20 minutes. Fix with Carnoy Fixing Solution (methanol: acetic acid = 3: 1) at 4 ℃ for 30 minutes and take out cover glass and fix it on slide glass. After drying for 4 hours in a slide dryer was treated for 25 seconds in a 0.025% trypsin solution and treated for 2 minutes in a Giemsa solution was subjected to Giemsa-banding and analyzed by a 1000 times optical microscope. Cells showed normal XX karyotype (FIG. 4).

(실시예 5) 간세포로의 분화 유도Example 5 Induction of Differentiation into Hepatocytes

인체 혈청 (실시 예1의 조성3)으로 배양한 중간엽줄기세포의 분화능이 유지되는 지를 확인하기 위하여 간세포로의 분화를 유도하였다. 먼저, 2x104 ~ 3x104/cm2 의 세포를 실시 예1의 조성3의 배양 배지 조성물을 이용하여 fibronectin (10ng/㎖)이 coating된 배양 용기에 plating한 다음, 12~20 시간 후에 혈청이 첨가된 배지를 제거하고 HBSS를 이용해서 wash를 하였다. 그 다음 50-70% low-glucose DMEM (L-glutamine) (Life Technologies), 30-50% F-12 Nutrient Mixture (Life Technologies), 1x insulin-transferrin-selenium (Sigma), 10-8 M dexamethasone (Sigma), 100 U penicillin/1,000 U streptomycin (Sigma), 10 ng/ml hepatocyte growth factors (HGF) (R&D system), 10 ng/ml oncostatin M (OSM) (R&D system) 으로 이루어진 배양 용액을 이용하여 초기 분화를 유도한 다음, 분화를 유도하기 시작한 지 11일째 되는 날부터 앞의 배양 용액에 0.1% DMSO (Sigma)를 더해줌으로써 최종 분화를 유도하였다. Differentiation into hepatocytes was induced to confirm whether the differentiation capacity of mesenchymal stem cells cultured with human serum (composition 3 of Example 1) is maintained. First, using 2x10 4 ~ 3x10 4 / culture medium composition of the composition 3 of the cells of cm 2 Example 1 fibronectin (10ng / ㎖) is a plating on the coating culture plate, then the serum is added after 12-20 hours The prepared medium was removed and washed with HBSS. Then 50-70% low-glucose DMEM (L-glutamine) (Life Technologies), 30-50% F-12 Nutrient Mixture (Life Technologies), 1x insulin-transferrin-selenium (Sigma), 10 -8 M dexamethasone ( Sigma), 100 U penicillin / 1,000 U streptomycin (Sigma), 10 ng / ml hepatocyte growth factors (HGF) (R & D system), 10 ng / ml oncostatin M (OSM) (R & D system) Differentiation was induced, and final differentiation was induced by adding 0.1% DMSO (Sigma) to the previous culture solution from the 11th day after induction of differentiation.

간세포의 분화를 유도하기 위해서 간세포의 분화에 관련되어 있다고 알려진 사이토카인들을 다양한 조건으로 세포에 처리해봄으로써 위와 같은 적절한 분화 조건을 확립하게 되었다. HGF단독처리나 OSM단독처리에 의해서는 분화가 유도되지 않았고(도 5의 상단), HGF 및 OSM를 함께 처리하였을때는 약간의 초기 분화가 유도되었고(도 5의 중간), 0.1% DMSO첨가에 의하여 완전한 형태변화가 촉진됨을 확인할 수있었다(도 5의 하단). 위의 조건으로 분화된 간세포는 형태학적으로 실제 간세포와 유사한 형태를 나타내고 있었다 (도 5). In order to induce differentiation of hepatocytes, cytokines, which are known to be involved in hepatocyte differentiation, have been treated with various conditions in cells to establish appropriate conditions for differentiation. Differentiation was not induced by HGF alone or OSM alone (top of FIG. 5). When HGF and OSM were treated together, some initial differentiation was induced (middle of FIG. 5), and by addition of 0.1% DMSO It was confirmed that the complete change in form (bottom of Figure 5). Hepatocytes differentiated under the above conditions were morphologically similar to actual hepatocytes (FIG. 5).

(실시예 6) 분화된 간세포의 기능 시험Example 6 Functional Test of Differentiated Hepatocytes

분화된 간세포가 실제로 간세포의 기능을 유지하고 있는가를 알아보기위하여 여러 가지 실험들을 수행해 보았다. 실시예 5에서 분화된 간세포로부터 Tri Reagent (Sigma)를 이용하여 total RNA를 분리한 다음, total RNA를 reverse transcriptase와 oligo(dT) primer를 이용하여 cDNA로 전환하였다. 이들을 Taq polymerase와 α-fetoprotein (AFP) (Sense: CTCGTTGCTTACACAAAGAAAG, Anti-sense: ATGGAAAATGAACTTGTCATCA)과 Albumin (Sense: TTTGCTCAGTATCTTCAGCAGT, Anti-sense: AGTAAGGATGTCTTCTGGCAAT) 에 대한 primer로 PCR을 실시하여 albumin및 α-fetoprotein의 발현양 변화를 측정하였다. 그 결과 분화된 세포(HO)에서 분화되지 않은 대조군 세포(hATSCs)에 비하여 AFP의 발현이 증가하고 albumin의 발현이 나타남을 확인할 수 있었다 (도 6).Various experiments were performed to determine whether differentiated hepatocytes actually maintain hepatocyte function. Total RNA was isolated from hepatocytes differentiated in Example 5 using Tri Reagent (Sigma), and then total RNA was converted to cDNA using reverse transcriptase and oligo (dT) primer. PCR was carried out to express the amount of albumin and α by using primers for Taq polymerase and α-fetoprotein (AFP) (Sense: CTCGTTGCTTACACAAAGAAAG, Anti-sense: ATGGAAAATGAACTTGTCATCA) and Albumin (Sense: TTTGCTCAGTATCTTCAGCAGT, Anti-sense: AGTAAGGATGTCTTCTGGCAAT) The change was measured. As a result, it was confirmed that expression of AFP was increased and albumin was expressed as compared to control cells (hATSCs) that were not differentiated from differentiated cells (HO) (FIG. 6).

다음으로 분화된 간세포가 low density lipoprotein (LDL)을 take-up 하는지를 Dil-Ac-LDL staining kit (Biomedical Technologies: Stoughton, Massachusetts, USA)를 이용하여 알아보았다. Dil-Ac-LDL 을 분화에 이용된 배지에 10 ug/ml로 희석한 다음, 세포에 이것을 첨가하여 37℃에서 4시간 동안 incubation하였다. Dil-Ac-LDL을 포함한 배지를 제거하고, 깨끗한 배지로 여러 번 wash한 다음 형광 현미경을 이용하여 관찰하였다. 그 결과, 분화된 간세포는 LDL을 uptake(그린 염색) 하고 있었다 (도 7). 그림의 왼쪽은 오른쪽의 세포를 위상차 현미경으 로 촬영한 것이다.Next, we determined whether differentiated hepatocytes take up low density lipoprotein (LDL) using the Dil-Ac-LDL staining kit (Biomedical Technologies: Stoughton, Massachusetts, USA). Dil-Ac-LDL was diluted to 10 ug / ml in the medium used for differentiation, and then it was added to cells and incubated at 37 ° C for 4 hours. The medium containing Dil-Ac-LDL was removed, washed several times with clean medium, and observed using a fluorescence microscope. As a result, differentiated hepatocytes were uptake (green stain) of LDL (FIG. 7). The left side of the figure is a phase contrast microscope of the cells on the right side.

마지막으로 분화 중인 세포로부터 배양 용액을 바꿔줄 때마다 배양 용액을 수거한 다음에 분화 중인 세포가 urea를 생성하는지를 알아보았다. 먼저, 수거한 1ml의 배양 용액과 1ml의 chromogenic reagent ( 1 part of 3% 2,3-butanedione monoxime in ethanol + 29 parts of acid mixture ( H2SO4 : H3PO 4 : H20 = 1:3:7 ) ) 을 혼합하여 100℃에서 30분간 끓였다. 그 다음, UV Spectrophotometer를 이용하여 492nm 에서 흡광도를 측정하였다. 그 결과, 분화가 진행될수록 urea의 생성량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. (도 8) 이러한 결과는 본 분화방법으로 유도한 세포가 간세포로서의 기능을 나타냄을 보여준다.Finally, each time the culture solution was changed from the differentiated cells, the culture solution was collected and then examined to see if the differentiated cells produced urea. First, the collected 1 ml culture solution and 1 ml chromogenic reagent (1 part of 3% 2,3-butanedione monoxime in ethanol + 29 parts of acid mixture (H 2 SO 4 : H 3 PO 4 : H 2 0 = 1: 3: 7)) was mixed and boiled at 100 ° C for 30 minutes. Then, absorbance was measured at 492 nm using a UV Spectrophotometer. As a result, as the differentiation progressed, it was confirmed that the amount of urea produced increased. (FIG. 8) These results show that the cells induced by this differentiation method function as hepatocytes.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 동물혈청이 없는 인간혈청을 포함하는 배지조성물을 사용하는 경우 인간줄기세포를 높은 성장속도로 배양할 수 있고, 1개월 이상 증식하여도 세포의 핵형을 유지할 수 있으며, 골, 지방, 연골조직및 간세포의 유도체로 분화를 유도할 수 있다. 따라서, 세포분리의 초기단계에서부터 인간혈청을 사용함으로써 동물혈청을 없이 중간엽줄기세포의 배양 및 보존을 가능하게 하였으며 이를 통하여 중간엽줄기세포 배양시 사용되는 소태아혈청에 의한 안전성 문제를 해결하였다. 또한, 인간 중간엽줄기세포에서 분화된 간세포를 이용하여 간질환 치료에 유용한 세포치료제를 효과적으로 개발할 수 있다.As described above, according to the present invention, when using a medium composition containing human serum without animal serum, human stem cells can be cultured at a high growth rate, and the cell karyotype can be maintained even after proliferating for 1 month or more. Differentiation can be induced with derivatives of bone, fat, cartilage and hepatocytes. Therefore, by using human serum from the early stage of cell separation, it was possible to culture and preserve mesenchymal stem cells without animal serum, thereby solving the safety problem by fetal bovine serum used in mesenchymal stem cell culture. In addition, the use of hepatocytes differentiated from human mesenchymal stem cells can effectively develop a cell therapy for the treatment of liver disease.

Claims (8)

동물혈청없이 인간혈청을 포함하는 세포 배양 배지 조성물에 있어서, 50-70 %(v/v) DMEM, 30-50 %(v/v) 영양혼합물(Nutrient Mixture), 4-6 μg/ml 인슐린(insulin), 4-6 μg/ml 트랜스페린(transferrin), 4-6 ng/ml 소디움셀레나이트(sodium selenite), 10-7-10-9 M 덱사메타손(dexamethasone), 80-120 U 페니실린(penicillin)/800-1,200 U 스트렌토마이신(streptomycin), 5-15 ng/ml EGF, 5-15 ng/ml PDGF-BB, 5-15% 인간혈청을 포함하는 것을 특징으로 하는 인간 중간엽줄기세포 배양 배지 조성물.For cell culture medium compositions comprising human serum without animal serum, 50-70% (v / v) DMEM, 30-50% (v / v) Nutrient Mixture, 4-6 μg / ml insulin ( insulin), 4-6 μg / ml transferrin, 4-6 ng / ml sodium selenite, 10 -7 -10 -9 M dexamethasone, 80-120 U penicillin / Human mesenchymal stem cell culture medium composition comprising 800-1,200 U streptomycin, 5-15 ng / ml EGF, 5-15 ng / ml PDGF-BB, 5-15% human serum . 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 15-25%(v/v) 인간혈청, 40-44%(v/v) DMEM, 26-30%(v/v) 영양 혼합물(Nutrient Mixture), 8-12%(v/v) DMSO를 포함하는 인간줄기세포의 동결 건조 배지 조성물.15-25% (v / v) human serum, 40-44% (v / v) DMEM, 26-30% (v / v) Nutrient Mixture, 8-12% (v / v) DMSO Freeze-dried medium composition of human stem cells comprising. 삭제delete 제1항의 배지 조성물에서 5-15 ng/ml EGF, 5-15 ng/ml PDGF-BB 및 5-15% 인간혈청 대신에 5-15 ng/ml 간세포 성장인자(hepatocyte growth factors, HGF), 5-15 ng/ml 온코스타틴 M(oncostatin M, OSM)을 포함하는 배지 조성물을 이용하여 초기 분화를 유도한 다음, 분화를 유도하기 시작한 지 8-15일째 되는 날부터 상기 배지 조성물에 0.05-0.2% DMSO를 더해줌으로써 최종 분화를 유도하는 것을 특징으로 하는 인체 중간엽줄기세포로부터 간세포로의 분화를 유도하는 방법.5-15 ng / ml hepatocyte growth factors (HGF) in place of 5-15 ng / ml EGF, 5-15 ng / ml PDGF-BB and 5-15% human serum in the media composition of claim 1 Induction of initial differentiation using a media composition comprising -15 ng / ml oncostatin M (OSM), followed by 0.05-0.2% in the media composition from 8-15 days after starting to induce differentiation A method of inducing differentiation from human mesenchymal stem cells to hepatocytes, characterized by inducing final differentiation by adding DMSO.
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