KR100683198B1 - A process for differentiating a neural progenitor cell to a dopaminergic neural cell and a culture medium therefor - Google Patents

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Abstract

A process for differentiating a neural progenitor cell to a dopaminergic neural cell, and a culture medium therefor are provided to improve differentiation efficiency from a mesenchymal stem cell to the dopaminergic neural cell by using specific medium. The process for differentiating the neural progenitor cell to the dopaminergic neural cell comprises the steps of: (a) culturing the neural progenitor cell in N2 medium containing 20-100 ng/ml of fibroblast growth factor 8(FGF 8), 200-500 ng/ml of sonic hedgehog(SHH), 100-300 muM of ascorbic acid(AA) and 10-20 ng/ml of brain-derived neurotrophic factor(BDNF); and (b) culturing the cultured product in N2 medium containing 100-300 muM of ascorbic acid(AA), 10-20 ng/ml of brain-derived neurotrophic factor(BDNF), 2-20 ng/ml of glial cell-derived neurotrophic factor(GDNF) and 0.5-2 mM of dibutyryl cyclic adenosine monophosphate(dcAMP).

Description

신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법 및 그에 사용되는 배지{A process for differentiating a neural progenitor cell to a dopaminergic neural cell and a culture medium therefor}Method for differentiating a neural progenitor cell to a dopaminergic neural cell and a culture medium therefor}

도 1은 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 헤마톡실린과 에오신으로 염색한 사진이다(A 와 C는 40 배율이고 B와 D는 100 배율이다).1 is a photograph of barton jelly-derived mesenchymal stem cells stained with hematoxylin and eosin (A and C are 40 magnification and B and D are 100 magnification).

도 2는 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 형태와 이뮤노피노타이핑(immunophenotyping) 결과를 나타내는 사진이다.Figure 2 is a photograph showing the morphology of the bartone jelly-derived mesenchymal stem cells and the results of immunophenotyping (immunophenotyping).

도 3은 바르톤 젤리 유래 제대혈 중간엽 줄기세포의 콜로니 형성사진이다.Figure 3 is a colony formation picture of bartone jelly-derived cord blood mesenchymal stem cells.

도 4는 신경 세포로 분화하는 동안 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 형태를 관찰한 사진이다. A는 분화 시키기 전 세포의 모양이고, B는 세포를 20 ng/ml bFGF 및 EGF 를 첨가시킨 배양액에서 24시간 배양했을 때의 세포의 형태이고, C는 신경분화배지에 1.5일 키운 사진이다. 4 is a photograph observing the morphology of Barton jelly-derived mesenchymal stem cells during differentiation into neurons. A is the shape of cells before differentiation, B is the shape of cells when the cells are incubated for 24 hours in a culture medium added with 20 ng / ml bFGF and EGF, and C is a 1.5-day photo grown in neuronal differentiation medium.

도 5는 뉴론, 별아교세포, 희돌기아교세포에 특이적인 항체를 이용하여 면역세포화학염색을 수행한 사진이다. (A) 뉴론의 특이적 항체인 β-튜블린 III 에 양성 반응을 나타내고 축색돌기와 수상돌기가 뻗은 뉴론 같은 형태를 가지고 있다. (B) 별아교세포의 특이적 항체인 GFAP에 양성반을을 나타낸 세포들이다. (C) 희돌기아교세포에 특이적 항체인 Gal-C에 양성반응을 보이며 희돌기아교세포의 특징적 인 형태를 나타낸다. 5 is a photograph of immunocytochemical staining using antibodies specific to neurons, astroglia, and oligodendrocytes. (A) It has a positive response to β -tubulin III, a specific antibody of neurons, and has a neuron-like form in which axons and dendrites extend. (B) These cells showed positive plaques to GFAP, a specific antibody of astroglia. (C) It shows a positive response to Gal-C, an antibody specific for oligodendrocytes, and shows a characteristic form of oligodendrocytes.

도 6은 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포에서 유도된 신경적 세포 분화의 분화율을 나타낸 그래프이다. 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 1.5일 동안 신경분화배지에서 키운 뒤 신경세포, 별아교세포, 희돌기아교세포의 분화율을 측정하였다. 사선무늬의 막대: 신경세포 분화율, 굵은 사선 무늬 막대: 별아교세포 분화율, 점선 무늬 막대: 희돌기아교세포 분화율.Figure 6 is a graph showing the differentiation rate of neuronal cell differentiation induced in Barton jelly-derived mesenchymal stem cells. Barton jelly-derived mesenchymal stem cells were grown in neural differentiation medium for 1.5 days and then the differentiation rate of neurons, astroglia, and oligodendrocytes was measured. Diagonal bars: neuronal differentiation, coarse diagonal bars: astrocyte differentiation, dashed bars: oligodendrocyte differentiation.

도 7은 중간엽 줄기세포의 신경 분화 단계에서 다양한 신경적 유전자의 발현양상을 나타낸 그림이다. 7 is a diagram showing the expression patterns of various neuronal genes in the differentiation stage of mesenchymal stem cells.

도 8은 신경분화 배지에서 키운 세포에서 도파민성 뉴론과 콜린성 뉴론의 특이적인 항체를 이용한 면역세포화학염색을 수행한 사진이다. 녹색 형광은 신경세포 특이적 항체인 β-튜블린 III (A, D)를 나타내고 붉은색 형광은 도파민성 뉴론에 특이적 항체인 TH (B)와 콜린성 뉴론의 특이적 항체인 ChAT (E)를 나타낸다. C와 F는 앞의 두 사진을 각각 겹친 사진이다.FIG. 8 is a photograph showing immunocytochemical staining using specific antibodies of dopaminergic and cholinergic neurons in cells grown in neuronal differentiation medium. Green fluorescence represents β -tubulin III (A, D), a neuronal specific antibody, and red fluorescence represents TH (B), a specific antibody for dopaminergic neurons, and ChAT (E), a specific antibody of cholinergic neurons. Indicates. C and F are two overlapping pictures.

도 9은 도파민성 신경 유도 배지에서 20일 배양한 뒤 도파민성 뉴론의 특이적인 항체를 이용한 면역세포화학염색를 수행한 사진이다. 위상차 현미경 사진은 (A, E, I) 로 세포가 둥근 세포체를 가지고 매우 가는 축색돌기와 수상돌기가 뻗어 나감을 나타낸다. 녹색 형광은 신경세포 특이적 항체인 β-튜블린 III (B, F, J)를 나타내고 붉은색 형광은 도파민성 뉴론에 특이적 항체인 TH (C, G, F) 를 나타낸다. D, H, L 은 앞의 두 사진을 각각 겹친 사진이다. Figure 9 is a photograph of the immunocytochemical staining using a dopaminergic neuron-specific antibody after 20 days culture in dopaminergic nerve induction medium. Phase contrast micrographs show (A, E, I) as the axons and dendrites extend very thinly with the cell body rounded. Green fluorescence represents neuronal cell specific antibody β -tubulin III (B, F, J) and red fluorescence represents TH (C, G, F) specific antibody for dopaminergic neurons. D, H, L are two overlapping pictures.

도 10은 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 20일간 도파민성 뉴런으로 유 도시킨 뒤 분화율을 측정한 그래프이다. 도파민성 신경 유도배지에서 키운 세포(B)의 도파민성 뉴론 분화율이 (A)의 신경분화 유도배지에서 유도된 도파민성 뉴론 분화율 보다 9배 정도 높게 나타났다. 반면 신경분화 유도배지에서 배양한 경우 콜린성 뉴론의 분화율은 감소하였다.10 is a graph showing the differentiation rate after inducing barton jelly-derived mesenchymal stem cells with dopaminergic neurons for 20 days. The dopaminergic neuron differentiation rate of cells (B) grown in dopaminergic neuron induction medium was 9 times higher than the dopaminergic neuron differentiation rate induced in (A) neuron differentiation induction medium. In contrast, the differentiation rate of cholinergic neurons decreased when cultured in neuronal differentiation induction medium.

도 11은 생후 5일째의 흰쥐의 뇌 절편에 사람의 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 이식하여 도파민성 뉴론으로 분화를 시킨 면역조직화학 염색 사진이다. (A) PKH26이 표지된 사람의 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포, (B) 도파민성 뉴런에 특이적 항체인 TH, (C) 앞의 두 사진을 겹친 사진이다. FIG. 11 is an immunohistochemical staining photograph of human barton jelly-derived mesenchymal stem cells transplanted into brain sections of rats at 5 days of age and differentiated into dopaminergic neurons. (A) Barton jelly-derived mesenchymal stem cells of humans labeled with PKH26, (B) TH, a specific antibody to dopaminergic neurons, and (C).

본 발명은 신경전구세포((neural progenitor cell)를 도파민성 신경세포(dopaminergic neural cell)로 분화시키는 방법 및 그에 사용되는 배지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neural cells and a medium used therefor.

도파민성 신경(dopaminergic neurons, DA)은 운동 조절(motor control)과 보상 경로(reward pathway)를 포함한 다양한 뇌 조직의 기능을 담당하는 중요한 역할을 한다. 도파민성 신경은 뇌의 여러 곳에 존재하며, 가장 중요한 경로는 중뇌의 흑색질(substantia nigra)과 배쪽 피개구역(ventral tegmental area)에서 전뇌로 뻗어나가는 경로이다. 도파민성 신경의 발생에는 신경전달물질 특유의 형질의 획득과 유지를 조절하기 위한 여러 가지 전사 인자와 신호들의 복잡한 조합들이 관여한 다. 초기에는 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH)와 섬유아세포 성장 인자 8(fibroblast growth factor 8, FGF 8)가 관여하며, Lmx1b 및 nurr1 전사인자도 도파민성 신경의 분화에 중요한 역할을 한다. Pitx3 전사인자와 레티노드(retinod) 합성 효소인 Aldh1도 발생중인 도파민성 신경세포의 중요한 표지 인자이나 그 역할은 자세히 밝혀져 있지 않다. Dopaminergic neurons (DA) play an important role in the functioning of various brain tissues, including motor control and reward pathways. Dopaminergic nerves are present in various parts of the brain, and the most important pathways are those that extend from the substantia nigra and ventral tegmental areas to the forebrain. The development of dopaminergic nerves involves complex combinations of various transcription factors and signals to regulate the acquisition and maintenance of neurotransmitter-specific traits. Initially, sonic hedgehog (SHH) and fibroblast growth factor 8 (FGF 8) are involved, and Lmx1b and nurr1 transcription factors also play an important role in differentiation of dopaminergic neurons. Pitx3 transcription factor and retinod synthase, Aldh1, are also important markers of developing dopaminergic neurons and their role has not been elucidated.

적절한 배양 조건하에서 다양한 세포들이 도파민성 신경세포로 분화함은 여러 연구를 통해 알려져 있다. 사람의 배아줄기세포는 스트로멀 휘더 셀(stromal feeder cell)과 분화에 관련된 인자들을 순차적으로 처리하여 도파민성 신경세포로 분화 가능함이 밝혀졌다(Perrier AL, Tabar V, Barberi T, Rubio ME, Bruses J, et al. Derivation of midbrain dopamine neurons from human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004, 101: 12543-8). 쥐의 중뇌 중간엽 줄기세포로부터 도파민성 신경세포로 분화시키는 몇 가지 방법이 보고되었다. 이들의 배양배지에는 FGF-2와 글리아 세포계 배지(glial cell conditioned media)를 기본으로 하여 10 % 소태아혈청(fetal calf serum, FCF), 인터루킨-1 (IL-1), IL-11, LIF, 그리고 글리아 세포계 유래 신경영양 인자(glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF)을 첨가하여 저산소 환경에서 배양하였다(Studer L, Csete M, Lee SH, Kabbani N, Walikonis L, Wold B, Mckay R. Enhanced proliferation, survival, and dopaminergic differentiation of CNS precursors in lowered oxygen. J Neurosci. 2000 Oct 1;20(19):7377-83). 비슷한 방법을 이용하여, 사람의 중뇌 줄기세포가 도파민성 신경세포로 분화됨이 보고되었다(Storch A, PaulG, Csete M, Boehm BO, Carvey PM, Kupsch A, Schwarz J. Long-term proliferation and dopaminergic differentiation of human mesencephalic neural precursor cells. Exp Neurol. 2001 Aug;170(2):317-25).It is known from various studies that various cells differentiate into dopaminergic neurons under appropriate culture conditions. Human embryonic stem cells have been found to be capable of differentiation into dopaminergic neurons by sequentially processing stromal feeder cells and factors related to differentiation (Perrier AL, Tabar V, Barberi T, Rubio ME, Bruses J). , et al. Derivation of midbrain dopamine neurons from human embryonic stem cells.Proc Natl Acad Sci US A. 2004, 101: 12543-8). Several methods of differentiating from dorsal mesenchymal mesenchymal stem cells to dopaminergic neurons have been reported. Their culture medium contains 10% fetal calf serum (FCF), interleukin-1 (IL-1), IL-11, LIF based on FGF-2 and glial cell conditioned media. And glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF) were added and cultured in a hypoxic environment (Studer L, Csete M, Lee SH, Kabbani N, Walikonis L, Wold B, Mckay R. Enhanced). proliferation, survival, and dopaminergic differentiation of CNS precursors in lowered oxygen.J Neurosci. 2000 Oct 1; 20 (19): 7377-83). Using similar methods, human mesenchymal stem cells have been reported to differentiate into dopaminergic neurons (Storch A, PaulG, Csete M, Boehm BO, Carvey PM, Kupsch A, Schwarz J. Long-term proliferation and dopaminergic differentiation of human mesencephalic neural precursor cells.Exp Neurol. 2001 Aug; 170 (2): 317-25).

한편, Fu 등은 제대로부터 분리한 바르톤 젤리로부터 중간엽 줄기세포를 얻고, 이를 단계별 배지에서 분화시켜 도파민성 신경 세포로 분화시키는 방법을 개시한 바 있다 (Stem Cells, 2005 Aug 11, Conversion of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells in Wharton's Jelly to Dopaminergic Neurons in Vitro Potential Therapeutic Application for Parkinsonism). Fu 등에 따른 도파민성 신경 세포로 분화시키는 방법은 중간엽 줄기세포를 10% FBS-DMEM 배지에서 3~6일 배양하고(단계 1), NCM 배지에서만 6~9일간 배양한 후(단계 2), NCM 배지 혹은 10%-FBS-DMEM 배지를 기본으로 SHH(500ng/ml)과 FGF8(100ng/ml) 첨가하여 배양하는 단계(단계 3)를 포함한다. 여기서, NCM 배지(Neuronal Conditioned Medium)는 생후 7일된 스프라그-도울리(Sprague-Dawley) 흰쥐의 뇌를 적출하고, 10% FBS-DMEM을 첨가하여 15번 정도 마쇄 (single cell 이 될 때까지)한 후, 37℃ 5% CO2 배양기에서 5일 배양 후 배지를 회수하여 제조한다. 그러나, Fu 등의 방법은 동물세포를 이용한 NCM 배지를 필수적으로 사용함으로써 흰쥐의 병원균에 의해 줄기세포가 감염될 수 있을 뿐 아니라, 도파민성 신경분화율이 12.7% 에 불과해 분화율이 너무 낮다는 문제점이 있다.On the other hand, Fu et al. Have disclosed a method for obtaining mesenchymal stem cells from properly isolated Barton jelly, differentiated them in stepwise medium to differentiate into dopamine neurons (Stem Cells, 2005 Aug 11, Conversion of Human). Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells in Wharton's Jelly to Dopaminergic Neurons in Vitro Potential Therapeutic Application for Parkinsonism). Method for differentiating into dopaminergic neurons according to Fu et al. Is mesenchymal stem cells incubated for 3-6 days in 10% FBS-DMEM medium (step 1), 6-6 days in NCM medium (step 2), Culturing by adding SHH (500 ng / ml) and FGF8 (100 ng / ml) based on NCM medium or 10% -FBS-DMEM medium (step 3). Here, NCM medium (Neuronal Conditioned Medium) is extracted from the brain of Sprague-Dawley rats 7 days old, and added 15% FBS-DMEM to until 15 times the grinding (single cell) Then, after 5 days incubation in a 37 5% CO 2 incubator to recover the medium is prepared. However, the method of Fu et al. Is not only capable of infecting stem cells by pathogens of rats by using NCM medium using animal cells, but also having a low rate of dopaminergic neuronal differentiation at only 12.7%. There is this.

따라서, 성체 중간엽 줄기세포의 일종인 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell, MSC)를 도파민성 신경세포로 높은 분화율로 분화시키는 방법이 당업계에 요구되고 있다.Therefore, there is a need in the art for a method of differentiating mesenchymal stem cells (MSCs), which are a kind of adult mesenchymal stem cells, into high dopaminergic neurons.

이에 본 발명자들은 중간엽 줄기세포를 도파민성 신경세포로 분화시키기 위한 방법을 개발하고자 연구를 거듭한 결과, 바르톤 젤리(wharton's jelly) 유래 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell)로부터 신경전구세포(neural progenitor cell)를 얻고, 이를 특정 배지에서 배양할 경우, 높은 분화율로 도파민성 신경세포로 분화한다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors conducted a study to develop a method for differentiating mesenchymal stem cells into dopaminergic neurons, and neural precursor cells from mesenchymal stem cells derived from wharton's jelly. progenitor cells) were obtained, and when cultured in a specific medium, they found that they differentiate into dopaminergic neurons with high differentiation rate.

따라서, 본 발명은 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for differentiating neuroprogenitor cells into dopaminergic neurons.

또한, 본 발명은 도파민성 신경세포로의 분화를 유도하기 위한 배지를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a medium for inducing differentiation into dopaminergic neurons.

본 발명의 일 태양에 따라, (a) 신경전구세포(neural progenitor cell)를 섬유아세포 성장 인자 8(fibroblast growth factor 8, FGF 8); 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH); 아스코빈산(ascorbic acid, AA); 및 뇌-유래 신경영양 인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)를 포함하는 N2 배지에서 배양하는 단계(1차 배양), 및 (b) 단계 (a)에서 얻어진 배양물을 AA; BDNF; 글리아 세포계 유래 신경영양 인자(glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF); 및 디부티릴 시클릭 아데노신 모노포스페이트(dibutyryl cyclic adenosine monophosphate, dcAMP)를 포함하는 N2 배지에서 배양하는 단계(2차 배양)를 포함하는, 신경전구세포를 도파민성 신경세포(dopaminergic neural cell)로 분화시키는 방법이 제공된다.According to one aspect of the invention, (a) neural progenitor cells (fibroblast growth factor 8, FGF 8); Sonic hedgehog (SHH); Ascorbic acid (AA); Culturing in N2 medium comprising brain-derived neurotrophic factor (BDNF) (primary culture), and (b) culturing the culture obtained in step (a) AA; BDNF; Glia cell-derived neurotrophic factor (GDNF); And culturing neural progenitor cells into dopaminergic neural cells, comprising culturing in a N2 medium containing dibutyryl cyclic adenosine monophosphate (dcAMP) (secondary culture). Methods of making are provided.

본 발명에 따른 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법에 있어서, 상기 1차 배양용 N2 배지는 20∼100 ng/ml의 FGF 8; 200∼500 ng/ml의 SHH; 100∼300 uM 의 AA; 및 10∼20 ng/ml의 BDNF를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 2차 배용용 N2 배지는 100∼300 uM 의 AA; 10∼20 ng/ml의 BDNF; 2∼20 ng/ml의 GDNF; 및 0.5∼2 mM 의 dcAMP 를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 더욱 바람직하게는, 상기 1차 배 배양용 N2 배지는 100 ng/ml의 FGF 8; 200 ng/ml의 SHH; 200 uM 의 AA; 및 20 ng/ml의 BDNF를 포함하고, 상기 2차 배양용 N2 배지는 200 uM 의 AA; 20 ng/ml의 BDNF; 20 ng/ml의 GDNF; 및 1 mM 의 dcAMP를 포함한다.In the method of differentiating neuronal progenitor cells into dopaminergic neurons, the primary culture N2 medium is 20 to 100 ng / ml of FGF 8; 200-500 ng / ml SHH; 100-300 uM AA; And 10-20 ng / ml BDNF, wherein the secondary delivery N2 medium comprises 100-300 uM AA; BDNF at 10-20 ng / ml; GDNF at 2-20 ng / ml; And 0.5 to 2 mM dcAMP. In addition, more preferably, the primary embryo culture N2 medium is 100 ng / ml of FGF 8; 200 ng / ml SHH; 200 uM AA; And 20 ng / ml BDNF, wherein the secondary culture N2 medium comprises 200 uM AA; 20 ng / ml BDNF; 20 ng / ml GDNF; And 1 mM of dcAMP.

본 발명에서 도파민성 신경세포로 분화를 유도시키기 위해 기본 배지로 사용되는 N2 배지는 DMEM/F-12 (Dulbecco's modified Eagle's medium//F-12)로서, 넓은 범위의 동물 세포주의 성장을 보조하는 특성을 갖는다. 따라서, 본 명세서에서는 N2 배지로 기재하고 있으나, N2 배지와 동등한 특성을 갖는 배지를 기본 배지로 사용하는 것도 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. In the present invention, N2 medium used as a basal medium to induce differentiation into dopaminergic neurons is DMEM / F-12 (Dulbecco's modified Eagle's medium // F-12), which supports growth of a wide range of animal cell lines. Has Therefore, although described herein as N2 medium, the use of a medium having the same characteristics as N2 medium as the base medium should be construed as being included within the scope of the present invention.

본 발명에 따른 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법에 있어서, 상기 신경전구세포로는 공지된 제조방법으로 얻어진 세포를 사용할 수 있다. 그러나, 생명윤리 문제를 야기하지 않은 성체 줄기세포 즉, 중간엽 줄기세포로부터 얻어진 신경전구세포가 바람직하게 사용될 수 있으며, 특히 상기 중간엽 줄기세포 가 제대로부터 분리할 수 있는 바르톤 젤리(wharton's jelly)로부터 얻어진 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 사용될 수 있는 신경전구세포로는 바르톤 젤리(wharton's jelly) 유래 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell)로부터 얻어진 세포가 바람직하게 사용될 수 있다. In the method for differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neural cells, cells obtained by a known production method can be used as the neural progenitor cells. However, neural progenitor cells obtained from adult stem cells, i.e., mesenchymal stem cells, which do not cause bioethics problems may be preferably used, in particular from wharton's jelly that the mesenchymal stem cells can be properly separated. The obtained one can be preferably used. That is, as the neuronal precursor cells that can be used in the present invention, cells obtained from mesenchymal stem cells derived from wharton's jelly may be preferably used.

바르톤 젤리(wharton's jelly)라 함은 제대의 혈관을 둘러 싸고 있는 보호 조직을 말하며, 점액질의 연결조직으로 이루어져 있고, 중간엽 줄기세포가 풍부히 존재한다고 알려져 있다(Mitchell KE, Weiss ML, Mitchell BM, Martin P, Davis D, et al. Matrix cells from Wharton's jelly form neurons and glia. Stem Cells. 2003, 21: 50-60).Barton's jelly is a protective tissue that surrounds the vessels of the umbilical cord, and consists of mucous connective tissue and is known to be rich in mesenchymal stem cells (Mitchell KE, Weiss ML, Mitchell BM, Martin P, Davis D, et al. Matrix cells from Wharton's jelly form neurons and glia.Stem Cells. 2003, 21: 50-60).

상기 바르톤 젤리로부터 중간엽 줄기세포를 얻고 이를 신경전구세포로 제조하기 위해서는, 미국특허공개 제2004/0136967호 및 제2005/0148074호에 개시된 방법을 사용하거나, Stem Cells, 2005 Aug 11(Conversion of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells in Wharton's Jelly to Dopaminergic Neurons in Vitro Potential Therapeutic Application for Parkinsonism)에 개시된 방법을 사용할 수 있다.In order to obtain mesenchymal stem cells from the Barton jelly and prepare them as neural progenitor cells, methods disclosed in US Patent Publication Nos. 2004/0136967 and 2005/0148074 may be used, or Stem Cells, 2005 Aug 11 (Conversion of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells in Wharton's Jelly to Dopaminergic Neurons in Vitro Potential Therapeutic Application for Parkinsonism.

본 발명에 사용되는 신경전구세포는 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포로부터 얻어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 신경전구세포는 (a') 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 β-머캅토에탄올; 비필수 아미노산(nonessential amino acid)(예를 들어, L-알라닌; L-아스파라긴; L-아스파틱산; L-글루타민산; 글라이신; L-프롤린; 및 L-세린); 글루타민; 및 소태아혈청(fetal bovine serum, FBS)을 포함하는 탈분화배지에서 배양하는 단계, 및 (b') 단계 (a')에서 얻어진 배양물을 표피성장인자(epidermal growth factor, EGF); 염기성 섬유아세포성장인자 (basic fibroblast growth factor, bFGF); 및 N2 보조제(N2 supplement)(예를 들어, 인슐린; 휴먼 트랜스페린; 프로게스테론; 푸트라신(Putrascine); 및 셀레나이트(Selenite))를 포함하는 N2 배지에서 배양하여 얻어지는 것이 바람직하다.The neural progenitor cells used in the present invention are preferably obtained from Barton jelly-derived mesenchymal stem cells. That is, the neural progenitor cells (a ') bartone jelly-derived mesenchymal stem cells β-mercaptoethanol; Non-essential amino acids (eg L-alanine; L-asparagine; L-aspartic acid; L-glutamic acid; glycine; L-proline; and L-serine); Glutamine; And cultured in a dedifferentiation medium containing fetal bovine serum (FBS), and (b ') the epidermal growth factor (EGF) of the culture obtained in step (a'); Basic fibroblast growth factor (bFGF); And N2 supplement (for example, insulin; human transferrin; progesterone; putrascine; and selenite).

상기에서, 탈분화배지는 0.001%의 β-머캅토에탄올; 1X의 비필수 아미노산(nonessential amino acid); 2mM의 글루타민; 및 20%의 FBS을 포함하는 DMEM 배지가 바람직하고, 단계 (b')에서 사용되는 N2 배지는 20 ng/ml의 EGF; 20 ng/ml의 bFGF; 및 1X의 N2 보조제(N2 supplement)를 포함하는 것이 바람직하다.In the above, the dedifferentiation medium is 0.001% β-mercaptoethanol; 1X nonnessential amino acid; 2 mM glutamine; And DMEM medium comprising 20% of FBS, and the N2 medium used in step (b ') comprises 20 ng / ml of EGF; 20 ng / ml bFGF; And 1 × of N2 supplement.

본 발명의 다른 태양에 따라, 신경전구세포(neural progenitor cell)의 도파민성 신경세포(dopaminergic neural cell) 분화용 배지가 제공된다. According to another aspect of the present invention, a medium for differentiating dopaminergic neural cells of neural progenitor cells is provided.

즉, 본 발명은 섬유아세포 성장 인자 8(fibroblast growth factor 8, FGF 8); 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH); 아스코빈산(ascorbic acid, AA); 및 뇌-유래 신경영양 인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)를 포함하는 N2 배지(A), 및 아스코빈산(ascorbic acid, AA); 뇌-유래 신경영양 인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF); 글리아 세포계 유래 신경영양 인자(glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF); 및 디부티릴 시클릭 아데노신 모노포스페이트(dibutyryl cyclic adenosine monophosphate, dcAMP)를 포함하는 N2 배지(B)로 이루어진 군으로부터 1 또는 2개 선택된, 신경전구세포(neural progenitor cell)의 도파민성 신경세포(dopaminergic neural cell) 분화용 배지를 제공한다. That is, the present invention is fibroblast growth factor 8 (FGF 8); Sonic hedgehog (SHH); Ascorbic acid (AA); And N2 medium including brain-derived neurotrophic factor (BDNF), and ascorbic acid (AA); Brain-derived neurotrophic factor (BDNF); Glia cell-derived neurotrophic factor (GDNF); And dopaminergic cells of neural progenitor cells selected from the group consisting of N2 medium (B) comprising dibutyryl cyclic adenosine monophosphate (dcAMP). neural cell) differentiation medium.

상기 N2 배지(A)는 20∼100 ng/ml의 FGF 8; 200∼500 ng/ml의 SHH; 100∼300 uM 의 AA; 및 10∼20 ng/ml의 BDNF를 포함하는 것이 바람직하며, 100 ng/ml의 FGF 8; 200 ng/ml의 SHH; 200 uM 의 AA; 및 20 ng/ml의 BDNF를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.The N2 medium (A) was 20-100 ng / ml of FGF 8; 200-500 ng / ml SHH; 100-300 uM AA; And 10-20 ng / ml BDNF, preferably 100 ng / ml FGF 8; 200 ng / ml SHH; 200 uM AA; And 20 ng / ml of BDNF.

또한, 상기 N2 배지(B)는 100∼300 uM 의 AA; 10∼20 ng/ml의 BDNF; 2∼20 ng/ml의 GDNF; 및 0.5∼2 mM 의 dcAMP 를 포함하는 것이 바람직하며, 200 uM 의 AA; 20 ng/ml의 BDNF; 20 ng/ml의 GDNF; 및 1 mM 의 dcAMP 를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the N2 medium (B) is 100 to 300 uM AA; BDNF at 10-20 ng / ml; GDNF at 2-20 ng / ml; And 0.5 to 2 mM dcAMP, preferably 200 uM AA; 20 ng / ml BDNF; 20 ng / ml GDNF; And 1 mM of dcAMP.

또한, 본 발명에 따른 신경전구세포의 도파민성 신경세포 분화용 배지로는 상기 N2 배지(A)가 100 ng/ml의 FGF 8; 200 ng/ml의 SHH; 200 uM 의 AA; 및 20 ng/ml의 BDNF를 포함하고, 상기 N2 배지(B)가 200 uM 의 AA; 20 ng/ml의 BDNF; 20 ng/ml의 GDNF; 및 1 mM 의 dcAMP 를 포함하는 것이 특히 바람직하다.In addition, as a medium for differentiating dopaminergic neurons of neural progenitor cells according to the present invention, the N2 medium (A) is 100 ng / ml FGF 8; 200 ng / ml SHH; 200 uM AA; And 20 ng / ml BDNF, wherein the N2 medium (B) is 200 uM AA; 20 ng / ml BDNF; 20 ng / ml GDNF; And 1 mM of dcAMP.

본 발명에 따라, 신경전구세포 특히 바르톤 젤리에서 유래된 중간엽 줄기세포로부터 얻어진 신경전구세포를 체외에서 높은 분화율로 도파민성 신경세포로 분화시킬 수 있으며, 따라서, 도파민성 신경세포로 분화시켜 이식할 경우 도파민성 신경세포 변성에 의한 질환(예를 들어, 파킨슨 증후군)에 대한 치료제로 이용될 수 있다.According to the present invention, neural progenitor cells, in particular neural progenitor cells obtained from mesenchymal stem cells derived from Barton jelly can be differentiated into dopaminergic neurons at high differentiation rate in vitro, and thus, differentiate into dopaminergic neurons. When transplanted, it can be used as a treatment for diseases caused by dopaminergic neuronal degeneration (eg, Parkinson's syndrome).

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are intended to illustrate the invention and not to limit the invention.

참조예 1. RT-PCRReference Example 1. RT-PCR

하기 실시예에서 RT-PCR은 다음과 같이 수행하였다 총 RNA 는 Tri-reagent (MRC사)를 이용하여 각 실험군에서 추출하였으며, 올리고-dT-프라이머(oligo-dT primer, Promega사)를 이용하여 5 μg의 총 RNA를 cDNA로 합성하였다. 역전사는 M-MLV 역전사 효소 (Promega사)를 이용하여 42℃에서 1시간, 99℃에서 5분 반응하였다. cDNA는 태그 폴리머라제(Taq polymerase, Promega사)를 이용하여 35 사이클(cycle)로 증폭시켰다. 증폭된 cDNA는 1% 아가로즈 겔(agarose gel)에서 분리하였으며 에티디움 브로마이드(ethidium bromide, EtBr) 염색을 통하여 확인하였다. 프라이머의 서열과 그 크기는 표 1과 같다.In the following example, RT-PCR was performed as follows. Total RNA was extracted from each experimental group using Tri-reagent (MRC), and 5 using oligo-dT primer (Promega) μg of total RNA was synthesized with cDNA. Reverse transcription was carried out using M-MLV reverse transcriptase (Promega) for 1 hour at 42 ℃, 5 minutes at 99 ℃. cDNA was amplified in 35 cycles using Tag polymerase (Taq polymerase, Promega). Amplified cDNA was isolated from 1% agarose gel and confirmed by ethidium bromide (EtBr) staining. The sequence and the size of the primer is shown in Table 1.

Figure 112006001462508-pat00001
Figure 112006001462508-pat00001

참조예 2. 면역세포화학염색(immunocytochemistry)Reference Example 2 Immunocytochemistry

하기 실시예에서 면역세포화학적 염색은 다음과 같이 시행하였다. 성체줄기세포가 배양된 커버 스립(cover slip) 을 0.2% 트리톤 X-100 (Triton X-100)이 포함된 PBS에 10% 정상 염소 혈청(normal goat serum, Sigma사, U.S.A.)를 첨가한 용액에 1시간 동안 실온 처리하여 항체가 특정 단백질에만 결합할 수 있도록 블럭킹하였다. 그 다음 신경세포에 대한 항체인 β-튜블린 III(1:400, Sigma, USA), 별아교세포에 대한 항체인 GFAP(glial fibrillary acidic protein, 1:500, DakoCytomation사, 덴마크), 희돌기아교세포에 대한 항체인 Gal-C(galactocerebroside, 1:50, Chemicon International사, U.S.A.), 도파민성 신경세포에 대한 항체인 TH(1:250, Vector Lab.사), 콜린성 신경세포에 대한 항체인 ChAT(1:100, Chemicon사)를 일차 항체로 처리하여 4 ℃ 에서 24시간 동안 반응시켰다. 각 조직들을 인산 완충 생리식염수(phosphate buffered saline, PBS)로 15분씩 3회 세척한 후에 형광이 붙어있는 이차 항체(Cy3-컨쥬게이티드 항-토끼 IgG(Cy3-conjugated goat anti-rabbit IgG) 1:1000, Amersham사), FITC-컨쥬게이티드 항 토끼 IgG(FITC-conjugated goat anti rabbit IgG) (1:128, Sigma)) 로 4 ℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 음성 대조군은 각 군의 절편을 일차 항체를 제외하여 같은 과정을 수행하였다. 형광 표지된 세포들은 형광 현미경(Carl Zeiss Axioskop2+, Germany) 하에서 관찰하였으며, 도파민성 신경세포의 분화정도는 β-튜블린 III+세포와 TH+ 세포를 표지하여 이중 형광표지된 세포만을 측정하여 분화 정도를 확인하였으며, 콜린성 신경세포의 분화 정도는 β-튜블린 III+세포와 ChAT+ 세포를 표지하여 이중 형광 표지된 세포만을 측정하여 분화 정도를 확인하였다,In the following examples, immunocytochemical staining was performed as follows. Cover slips of adult stem cells were cultured in a solution containing 10% normal goat serum (Sigma, USA) in PBS containing 0.2% Triton X-100. Room temperature treatment for 1 hour blocked the antibody to bind only to specific proteins. Β-tubulin III, an antibody against neurons (1: 400, Sigma, USA), glial fibrillary acidic protein (1: 500, Dako Cytomation, Denmark), and oligodendrocytes Gal-C (galactocerebroside, 1:50, Chemicon International, USA), the antibody against dopaminergic neurons TH (1: 250, Vector Lab.), ChAT (antibody against cholinergic neurons) 1: 100, Chemicon) was treated with a primary antibody and reacted at 4 ° C. for 24 hours. Each tissue was washed three times with phosphate buffered saline (PBS) for 15 minutes three times, followed by fluorescence-labeled secondary antibody (Cy3-conjugated goat anti-rabbit IgG) 1: 1000, Amersham), FITC-conjugated goat anti rabbit IgG (FITC-conjugated goat anti rabbit IgG) (1: 128, Sigma) was reacted at 4 ° C for 1 hour. The negative control group was subjected to the same procedure except for the primary antibody section of each group. Fluorescently labeled cells were observed under a fluorescence microscope (Carl Zeiss Axioskop2 +, Germany), and the degree of differentiation of dopaminergic neurons was determined by labeling β-tubulin III + cells and TH + cells and measuring only double fluorescently labeled cells to confirm the degree of differentiation. The degree of differentiation of cholinergic neurons was determined by labeling β-tubulin III + cells and ChAT + cells to measure the degree of differentiation by measuring only fluorescently labeled cells.

실시예 1. 사람의 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 분리와 배양Example 1 Isolation and Culture of Human Barton Jelly-Derived Mesenchymal Stem Cells

바르톤 젤리는 제대에서 분리하였으며 제대의 수집은 미즈 산부인과(김해)에서 이루어졌다. 제대는 멸균된 통에 담긴 PBS에 넣어 분만 후 2시간 이내에 실험실로 운반하여 바로 실험에 사용하였다. 수집된 제대는 멸균된 PBS에서 3회 세척한 후 정맥과 동맥을 제거하고, 남은 결합조직을 항생제(페니실린 100 μg/ml, 스트렙토마이신 10 μg/ml, 및 암포테리신 B 250 μg/ml, Sigma사)가 든 Dulbecco's modified essential media (DMEM, Gibco사)로 옮겨 작은 조각으로 절제하였다. 작은 조각들을 20% 소태아혈청(fetal bovine serum, FBS, Gibco사)이 포함된 DMEM 에 넣어 37℃, 5% CO2 배양기에서 7~10일간 배양하였다. 분리된 바르톤 젤리 세포는 10% FBS가 첨가된 DMEM(low gloucose)에서 1 x 105 cells/cm2의 농도로 37℃, 5% CO2 조건에서 배양하고, 최초배양 3일 후 배양접시의 바닥에 붙은 세포를 분리하여 일주일 간격으로 계대 배양하였다. 얻어진 바르톤 젤리에서 분리된 세포 모양은 방추상이나 방사선 모양을 가진 중간엽 세포와 각 둥근 세포가 포함되어 있었다(도 1).  Barton jelly was separated from the altar, and the altar was collected by Ms. Gynecology (Gimhae). The umbilical cord was put into a sterile PBS and transported to a laboratory within 2 hours after delivery and immediately used for the experiment. The collected umbilical cord was washed three times in sterile PBS and then the veins and arteries were removed, and the remaining connective tissue was treated with antibiotics (100 μg / ml of penicillin, 10 μg / ml of streptomycin, and amphotericin B 250 μg / ml, Sigma Transfer to Dulbecco's modified essential media (DMEM, Gibco Co., Ltd.). The small pieces were placed in DMEM containing 20% fetal bovine serum (fetal bovine serum, FBS, Gibco) and incubated for 7-10 days at 37 ℃, 5% CO 2 incubator. The isolated Barton's jelly cells were cultured in DMEM (low gloucose) with 10% FBS at a concentration of 1 × 10 5 cells / cm 2 at 37 ° C. and 5% CO 2 , and after 3 days of initial culture, Cells attached to the bottom were isolated and passaged at weekly intervals. The cell shapes isolated from the obtained Barton jelly contained mesenchymal cells and fusiform cells each having a spindle shape or a radiation shape (FIG. 1).

실시예 2. 이뮤노피노타이핑(immunophenotyping)Example 2 Immunophenotyping

실시예 1에서 분리한 바르톤 젤리가 중간엽 줄기세포임을 확인하기 위하여 이뮤노피노타이핑(immunophenotyping)을 수행하였다. 배양된 세포를 4 % 파라포름알데히드로 4 ℃에서 2시간 동안 고정하였다. PBS로 세척 후, 3 % 과산화수소에서 반응시킨 후 2 % 소혈청알부민(bovine serum albumin, BSA)으로 블럭킹(blocking) 하였다. 준비된 세포는 다음 중 한 가지 항체를 2% BSA가 포함된 PBS용액에 희석배수에 맞춰 희석하여 4 ℃에서 밤새 반응시켰다: 피브로넥틴(1:100), ICAM-1(1:200), 타입 I 콜라겐 (1:50), TRA-1-60 (1:150), 비멘틴(1:200). 반응이 끝난 세포는 바이오티닐레이티드 고우트 항-마우스 IgG(biotinylated goat anti-mouse IgG) 혹은 항-토끼 IgG(anti-rabbit IgG) 항체와 반응시켰다. 반응 후, 세포들을 디아미노벤지딘(diaminobenzidine)으로 염색시키고, 카나다 발삼(Canada balsam)에 임베딩(embedding) 시켰다. 음성 대조군은 1차 항체 대신 PBS로 반응시키고 같은 과정을 수행하였다.In order to confirm that the Barton jelly isolated in Example 1 is a mesenchymal stem cell, immunophenotyping was performed. The cultured cells were fixed at 4 ° C. in 4% paraformaldehyde for 2 hours. After washing with PBS, the reaction was performed in 3% hydrogen peroxide and then blocked with 2% bovine serum albumin (BSA). Prepared cells were reacted overnight at 4 ° C. by diluting one of the following antibodies to PBS solution containing 2% BSA in dilution factor: fibronectin (1: 100), ICAM-1 (1: 200), type I collagen (1:50), TRA-1-60 (1: 150), bimentin (1: 200). After completion of the reaction, the cells were reacted with biotinylated goat anti-mouse IgG (anti-rabbit IgG) antibodies. After the reaction, cells Stained with diaminobenzidine and embedded in Canada balsam. The negative control was reacted with PBS instead of the primary antibody and the same procedure was performed.

이뮤노피노타이핑(immunophenotyping) 결과, 바르톤 젤리 세포는 중간엽 줄기세포에 특이적인 항원들에 대해 양성반응을 나타냈다(도 2). 바르톤 젤리 세포는 표피성장인자(epidermal growth factor, EGF) 및 염기성 섬유아세포성장인자 (basic fibroblast growth factor, bFGF)를 첨가하여 낮은 농도(약 1X10/ml)로 배양하면 콜로니가 형성됨을 관찰하였다(도 3). As a result of immunophenotyping, Barton's jelly cells showed positive responses to antigens specific for mesenchymal stem cells (FIG. 2). Barton jelly cells were observed to form colonies when cultured at low concentration (approximately 1 × 10 / ml) by adding epidermal growth factor (EGF) and basic fibroblast growth factor (bFGF). 3).

실시예 3. 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 신경분화 유도Example 3 Induction of Neuronal Differentiation of Barton Jelly-derived Mesenchymal Stem Cells

바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포가 신경세포로 분화하는지를 확인하기 위하여 3단계의 배지(탈분화배지, 전분화배지, 신경분화배지)를 통해 바르톤 젤리 세포를 신경세포로 분화시켰다. 분리 배양한 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 트립신 처리하여 수집한 뒤 폴리-D-오르니틴/라미닌(poly-D-ornithine/laminin)이 코팅된 배양 접시(culture dish)에 1X104 cells/cm2의 밀도로 분주하여 배양하여, 0.001% β-머캅토에탄올, 1X 비필수 아미노산(nonessential amino acid, 조성(mg/L): L-알라닌 890.00; L-아스파라긴 1,320.00; L-아스파틱산 1,330.00; L-글루타민산 1,470.00; 글라이신 750.00; L-프롤린 1,150.00; 및 L-세린 1,050.00), 2mM 글루타민(glutamine), 20% FBS 가 첨가된 DMEM 배지(low glucose) 에서 1~3일 동안 탈분화시켰다 (탈분화배지). 탈분화된 줄기세포를 20 ng/ml EGF, 20 ng/ml bFGF, 1X N2 보조제(N2 supplement, Gibco사 (조성(ug/ml): 인슐린 500; 휴먼 트랜스페린 10,000; 프로게스테론 0.63; 푸트라신(Putrascine) 1,611; 및 셀레나이트(Selenite) 0.52))가 첨가된 N2 배지에서 24시간 배양하여 신경전구세포로 분화시킨 후(전분화배지), 1X N2 보조제, 2% DMSO, 200uM BHA가 첨가된 N2 배지에서 5시간 분화시킨 후, 1X N2 supplement, 2% DMSO, 200uM BHA, 25mM KCl, 2mM 발프론 산(valproic acid), 1uM 히드록시코르티손(hydroxycortison)을 첨가한 N2 배지(신경분화배지)에서 3~7일간 추가 배양하였다. In order to confirm that Barton jelly-derived mesenchymal stem cells differentiate into neurons, Barton jelly cells were differentiated into neurons through three stages of media (de-differentiation medium, pluripotent medium, and neural differentiation medium). Barton jelly-derived mesenchymal stem cells isolated and cultured were trypsinized and collected in a culture dish coated with poly-D-ornithine / laminin at 1 × 10 4 cells / cm. Cultured at a density of 2 and cultured at 0.001% β-mercaptoethanol, 1 × nonnessential amino acid (composition (mg / L ): L-alanine 890.00; L-asparagine 1,320.00; L-aspartic acid 1,330.00; L -Glutamic acid 1,470.00; glycine 750.00; L-proline 1,150.00; and L-serine 1,050.00), 2 mM glutamine, 20% FBS added in DMEM medium (low glucose) for 1 to 3 days (dedifferentiation medium). De-differentiated stem cells were treated with 20 ng / ml EGF, 20 ng / ml bFGF, 1X N2 supplement (N2 supplement, Gibco Inc. (ug / ml): insulin 500; human transferrin 10,000; progesterone 0.63; putrascine 1,611 And incubated in N2 medium containing Selenite 0.52)) for 24 hours to differentiate into neural progenitor cells (starch), and then in N2 medium containing 1 × N2 adjuvant, 2% DMSO, 200 uM BHA. After time differentiation, 3-7 days in N2 medium (neural differentiation medium) with 1X N2 supplement, 2% DMSO, 200uM BHA, 25mM KCl, 2mM valproic acid, 1uM hydroxycortison Further incubation.

상기와 같이 처리함으로써, 사람의 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포는 신경세포와 유사한 모양의 형태적 변화를 일으켰다(도 4). 형태적으로 변화한 세포가 신경세포임을 확인하기 위해, 면역세포화학적 염색(참조예 2)을 실시하였다. 신경세포 특이적 항체인 β-튜블린 III,  별아교세포의 특이적 항체인 GFAP, 희돌기아교세포에 대한 항체인 Gal-C가 양성반응을 나타내었다.(도 5).  사람의 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 분화율은 신경세포가 약 40 %, 별아교세포가 약 15%, 희돌기아교세포가 약 12% (도 6)로 나타났다. By treating as described above, human Barton jelly-derived mesenchymal stem cells caused a morphological change similar to that of neurons (FIG. 4). In order to confirm that the morphologically changed cells were neurons, immunocytochemical staining (see Example 2) was performed. Β-tubulin III, a neuron-specific antibody, GFAP, a specific antibody of astrocytes, and Gal-C, an antibody against oligodendrocytes, showed positive responses (FIG. 5). The differentiation rate of bartone jelly-derived mesenchymal stem cells in humans was about 40% for neurons, about 15% for astroglia and about 12% for oligodendrocytes (Fig. 6).

사람의 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 신경 분화를 확인하기 위해 참조예 1에 따라 RT-PCR을 수행한 결과(도 7), 줄기세포 표지인자인 SCF와 Stat-3 는 탈분화 배지에서만 발현이 되었으며, 신경 전구 세포 특이 표지인자로 사용된 네스틴(nestin)은 전분화 배지에서 강하게 발현되고 분화배지에서 발현이 줄어드는 양상을 나타내었다. 신경세포의 표지 인자인 NeuroD1, GFAP, MBP의 발현은 분화배지에서 강하게 발현되었다. 이러한 결과는 바르톤 젤리 세포는 탈분화배지에서 배양 후 줄기세포의 특성을 가지게 되었으며 전분화배지에서 배양되면서 신경전구세포의 특성을 가지게 되고, 다시 신경분화배지에서 배양되면서 신경세포로 분화 하였음을 나타낸다. As a result of performing RT-PCR according to Reference Example 1 to confirm the neural differentiation of human Barton jelly-derived mesenchymal stem cells (FIG. 7), the stem cell markers SCF and Stat-3 were expressed only in dedifferentiation medium. Nestin used as a neuronal progenitor specific marker was strongly expressed in starch medium and decreased in differentiation medium. Expression of neuronal markers NeuroD1, GFAP and MBP were strongly expressed in differentiation medium. These results indicate that Barton jelly cells have the characteristics of stem cells after incubation in dedifferentiated medium, and have the characteristics of neural progenitor cells when cultured in predifferentiated medium, and then differentiated into neurons when cultured in neural differentiation medium.

실시예 4. 도파민성 신경세포 분화 유도Example 4 Induction of Dopaminergic Neuron Differentiation

분리 배양한 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 폴리-D-오르니틴/라미닌(poly-D-ornithine/laminin)이 코팅된 배양 접시(culture dish)에 1X104 cells/cm2의 밀도로 분주하여 배양하고, 0.001% β-머캅토에탄올, 1X 비필수 아미노산(nonessential amino acid), 2mM 글루타민(glutamine), 20% FBS 가 첨가된 DMEM 배지(low glucose) 에서 1~3일 동안 탈분화시켰다 (탈분화배지). 탈분화된 줄기세포를 20 ng/ml EGF, 20 ng/ml bFGF, 1X N2 보조제(N2 supplement, Gibco사 (조성(ug/ml): 인슐린 500; 휴먼 트랜스페린 10,000; 프로게스테론 0.63; 푸트라신(Putrascine) 1,611; 및 셀레나이트(Selenite) 0.52))가 첨가된 N2 배지(전분화배지)에서 24시간 배양하여 신경전구세포로 분화시켰다. 100 ng/ml 섬유아세포 성장 인자 8(fibroblast growth factor 8, FGF 8, R&D사), 200 ng/ml 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH, R&D사), 200 uM 아스코빈산(ascorbic acid, AA, Sigma 사), 20 ng/ml 뇌-유래 신경영양 인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF, Gibco사) 를 첨가한 N2 배지에서 7~9 일간 배양한 후, 200uM AA, 20 ng/ml BDNF, 20 ng/ml의 글리아 세포계 유래 신경영양 인자(glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF, Gibco사), 1 mM 디부티릴 시클릭 아데노신 모노포스페이트(dibutyryl cyclic adenosine monophosphate, dcAMP, Sigma사) 가 첨가된 N2 배지에서 도파민성 신경세포로 분화를 유도하였다. Bartone jelly-derived mesenchymal stem cells were isolated and cultured in a poly-D-ornithine / laminin-coated culture dish at a density of 1 × 10 4 cells / cm 2 . Cultured and dedifferentiated for 1 to 3 days in DMEM medium (low glucose) added with 0.001% β-mercaptoethanol, 1 × nonnessential amino acid, 2 mM glutamine and 20% FBS (dedifferentiation medium) ). De-differentiated stem cells were treated with 20 ng / ml EGF, 20 ng / ml bFGF, 1X N2 supplement (N2 supplement, Gibco Inc. (ug / ml): insulin 500; human transferrin 10,000; progesterone 0.63; putrascine 1,611 And Selenite 0.52)) were added to N2 medium (starch) for 24 hours to differentiate into neural progenitor cells. 100 ng / ml fibroblast growth factor 8 (FGF 8, R & D), 200 ng / ml sonic hedgehog (SHH, R & D), 200 uM ascorbic acid (ascorbic acid, AA, Sigma G), incubated in N2 medium with 20 ng / ml brain-derived neurotrophic factor (BDNF, Gibco) for 7-9 days, 200uM AA, 20 ng / ml BDNF, 20 ng N2 medium containing / ml of glia cell-derived neurotrophic factor (GDNF, Gibco), 1 mM dibutyryl cyclic adenosine monophosphate (dcAMP, Sigma) Differentiation was induced into dopaminergic neurons in.

사람의 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 신경분화배지에서 신경 분화를 유도한 뒤 도파민성 신경에 특이적 항체인 TH와 콜린성 신경에 특이적인 항체인 ChAT를 이용하여 면역세포화학적 염색을 수행하였다(참조예 2). 이들 항체에 양성반응을 보인 세포들은 각각 6.3 ± 1%, 4.2 ± 0.8% 였다(도 8). 이들 세포를 도파민성 신경분화 배지에서 분화를 유도한 뒤에는 전체의 세포 중 49±4.9 가 β-tubulin 항체에 양성 반응을 나타냈고 이 양성반응을 나타낸 세포 중75.2±5.4 % 가 TH에 양성반응을 나타냈다(도 9). 이를 통해 일반 신경분화 배지에서보다 도파민성 신경 분화배지에서의 도파민성 신경 분화율이 유의하게 높음을 알 수 있다(도 10).Human Barton jelly-derived mesenchymal stem cells were induced in neuronal differentiation medium and then immunohistochemical staining was performed using TH, an antibody specific for dopaminergic neurons, and ChAT, an antibody specific for cholinergic neurons. Reference Example 2). The cells positive for these antibodies were 6.3 ± 1% and 4.2 ± 0.8%, respectively (FIG. 8). After inducing differentiation of these cells in dopaminergic neuronal differentiation medium, 49 ± 4.9 of the cells showed positive response to β-tubulin antibody and 75.2 ± 5.4% of the positive cells responded positively to TH. (FIG. 9). It can be seen that the dopaminergic neuronal differentiation rate in the dopaminergic neuronal differentiation medium is significantly higher than in the normal neuronal differentiation medium (FIG. 10).

실시예 5. 뇌 조직 체외배양Example 5 Brain Tissue In Vitro

생후 5일된 흰쥐를 경추 탈골로 희생시켜 곧 바로 뇌조직을 적출하여 생체미세절단기(1500, The Vibratome Company) 를 이용하여 400 ㎛의 두께로 절단하였다. 각 조직을 0.4 ㎛ Millicell culture insert (Millipore, MA, USA)에 얹어 1ml 의 배양배지가 담긴 6-웰 배양접시에 넣어 37 ℃, 5 % CO2 배양기에서 세포를 이식하기 전 3일간 배양하였다. 배양배지의 조성은 100 ml basal Eagle medium (with Earle's salts), 50 ml Earle's balanced salt solution (Gibco사), 50 ml heat-inactivated horse serum (Gibco사), 1 ml 200 mM L-글루타민, and 2 ml 50 % 글루코오즈 (Sigma사) 이다. Five-day-old rats were sacrificed by cervical dislocation immediately and brain tissues were immediately extracted and cut into 400 μm thickness using a biomicrocutter (1500, The Vibratome Company). Each tissue was placed in a 0.4 μm Millicell culture insert (Millipore, Mass., USA) and placed in a 6-well culture dish containing 1 ml of culture medium. The cells were incubated for 3 days before transplanting cells at 37 ° C., 5% CO 2 incubator. The culture medium consists of 100 ml basal Eagle medium (with Earle's salts), 50 ml Earle's balanced salt solution (Gibco), 50 ml heat-inactivated horse serum (Gibco), 1 ml 200 mM L-glutamine, and 2 ml 50% glucose (Sigma).

흰쥐의 뇌절편에 이식할 중간엽 줄기세포를 표지 하기 위해 PKH26을 사용하였다. 냉동 보관된 세포를 녹인 뒤 세척하여 DMSO를 제거한 후 0.4% 트리판 블루(trypan blue) 용액으로 생존률을 검사한 뒤 1X107 cells/ml이 되도록 1ml의 희석 용액 (diluent solution, Sigma사, U.S.A.) 에 희석하였다. 세포막에 결합하여 붉은색의 형광을 띄는 4μM의 PKH26(Sigma사, U.S.A.) 2㎕와 잘 혼합한 뒤 5분간 상온에서 배양하고 PBS로 3회 세척하였다. 표지된 세포는 로다민(rhodamine) 필터를 통해 관찰이 가능하다. PKH26 was used to label mesenchymal stem cells for transplantation into rat brain sections. After thawing and washing the frozen cells to remove DMSO, the survival rate was tested with 0.4% trypan blue solution, and then diluted in 1 ml diluent solution (Sigma, USA) to 1 × 10 7 cells / ml. Diluted. After binding to the cell membrane and mixing well with 2μl of red fluorescent 4μM PKH26 (Sigma, USA), incubated at room temperature for 5 minutes and washed three times with PBS. Labeled cells can be observed through a rhodamine filter.

형광 표지한 세포를 DMEM 배지에 1X104 cells/5㎕가 되도록 준비한 다음 뇌 절편에 이식하였다. 세포를 이식한 뇌 절편은 37 ℃, 5 % CO2 배양기에서 10일간 배양하였으며 이때 도파민성 신경 분화 배지를 사용하여 이식된 세포가 도파민성 신경세포로 분화하도록 유도하였다. 10일 후 도파민성 신경세포에 대한 항체(TH)로 면역세포화학염색(참조예 2)을 시행하였다. 형광 표지된 세포들은 형광 현미경(Carl Zeiss Axioskop2+, Germany) 하에서 관찰하였으며, 도파민성 신경세포로의 분화 정도는 PKH26과 TH 가 이중 형광 표지된 세포만을 측정하여 분화를 확인하였다.Fluorescently labeled cells were prepared in 1 × 10 4 cells / 5 μl in DMEM medium and then transplanted into brain sections. The transplanted brain sections were incubated for 10 days in a 37 ° C., 5% CO 2 incubator. At this time, dopaminergic differentiation medium was used to induce the transplanted cells to differentiate into dopamine neurons. Ten days later, immunocytochemical staining (see Example 2) was performed with the antibody against dopaminergic neurons (TH). Fluorescently labeled cells were observed under a fluorescence microscope (Carl Zeiss Axioskop2 +, Germany), and the degree of differentiation into dopaminergic neurons was determined by measuring only PKH26 and TH double fluorescently labeled cells.

상기와 같이 처리한 결과(도 11), 이식된 중간엽 줄기세포는 뇌 조직 내에서 생존해 있었으며, 그 중 일부는 신경세포로 분화하였음을 면역세포화학염색법을 통해 확인할 수 있다. As a result of the treatment (Fig. 11), the transplanted mesenchymal stem cells were alive in the brain tissue, some of them can be confirmed through the immunocytochemical staining method to differentiate into neurons.

본 발명에 따른 신경전구세포를 도파민성 신경세포(dopaminergic neural cell)로 분화시키는 방법은 높은 분화율로 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시킬 수 있다. The method of differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neural cells can differentiate neural progenitor cells into dopaminergic neurons with high differentiation rate.

Claims (15)

(a) 신경전구세포(neural progenitor cell)를 섬유아세포 성장 인자 8(fibroblast growth factor 8, FGF 8); 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH); 아스코빈산(ascorbic acid, AA); 및 뇌-유래 신경영양 인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)를 포함하는 N2 배지에서 배양하는 단계(1차 배양), 및(a) neuronal progenitor cells (fibroblast growth factor 8, FGF 8); Sonic hedgehog (SHH); Ascorbic acid (AA); And culturing in N2 medium comprising brain-derived neurotrophic factor (BDNF) (primary culture), and (b) 단계 (a)에서 얻어진 배양물을 AA; BDNF; 글리아 세포계 유래 신경영양 인자(glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF); 및 디부티릴 시클릭 아데노신 모노포스페이트(dibutyryl cyclic adenosine monophosphate, dcAMP)를 포함하는 N2 배지에서 배양하는 단계(2차 배양)를 포함하는, (b) the culture obtained in step (a) was AA; BDNF; Glia cell-derived neurotrophic factor (GDNF); And culturing in a N2 medium comprising dibutyryl cyclic adenosine monophosphate (dcAMP) (secondary culture), 신경전구세포를 도파민성 신경세포(dopaminergic neural cell)로 분화시키는 방법.Method of differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neural cells. 제1항에 있어서, (a) 신경전구세포를 20∼100 ng/ml의 FGF 8; 200∼500 ng/ml의 SHH; 100∼300 uM 의 AA; 및 10∼20 ng/ml의 BDNF를 포함하는 N2 배지에서 배양하는 단계(1차 배양), 및The method of claim 1, wherein (a) the neuronal progenitor cells at 20-100 ng / ml FGF 8; 200-500 ng / ml SHH; 100-300 uM AA; And culturing in N2 medium comprising 10-20 ng / ml BDNF (primary culture), and (b) 단계 (a)에서 얻어진 배양물을 100∼300 uM 의 AA; 10∼20 ng/ml의 BDNF; 2∼20 ng/ml의 GDNF; 및 0.5∼2 mM 의 dcAMP 를 포함하는 N2 배지에서 배양하는 단계(2차 배양)를 포함하는, (b) 100 to 300 uM AA of the culture obtained in step (a); BDNF at 10-20 ng / ml; GDNF at 2-20 ng / ml; And culturing in N2 medium containing 0.5 to 2 mM of dcAMP (secondary culture), 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법.Method of differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neurons. 제1항에 있어서, 상기 1차 배양용 N2 배지가 100 ng/ml의 FGF 8; 200 ng/ml의 SHH; 200 uM 의 AA; 및 20 ng/ml의 BDNF를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein the primary culture N2 medium is 100 ng / ml of FGF 8; 200 ng / ml SHH; 200 uM AA; And 20 ng / ml of BDNF. The method of differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neurons. 제1항에 있어서, 상기 2차 배양용 N2 배지가 200 uM 의 AA; 20 ng/ml의 BDNF; 20 ng/ml의 GDNF; 및 1 mM 의 dcAMP를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein the secondary culture N2 medium is 200 uM AA; 20 ng / ml BDNF; 20 ng / ml GDNF; And 1 mM of dcAMP. The method of differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neurons. 제1항에 있어서, 상기 1차 배양용 N2 배지가 100 ng/ml의 FGF 8; 200 ng/ml의 SHH; 200 uM 의 AA; 및 20 ng/ml의 BDNF를 포함하고, 상기 2차 배양용 N2 배지가 200 uM 의 AA; 20 ng/ml의 BDNF; 20 ng/ml의 GDNF; 및 1 mM의 dcAMP를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein the primary culture N2 medium is 100 ng / ml of FGF 8; 200 ng / ml SHH; 200 uM AA; And 20 ng / ml BDNF, wherein the secondary culture N2 medium contains 200 uM AA; 20 ng / ml BDNF; 20 ng / ml GDNF; And 1 mM of dcAMP. The method of differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neurons. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신경전구세포가 바르톤 젤리(wharton's jelly) 유래 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell)로부터 얻어진 세포임을 특징으로 하는 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법.6. The dopaminergic nerve according to any one of claims 1 to 5, wherein the neural progenitor cells are cells obtained from wharton's jelly-derived mesenchymal stem cells. How to differentiate into cells. 제6항에 있어서, 상기 신경전구세포가 The method of claim 6, wherein the neural progenitor cells (a') 바르톤 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 β-머캅토에탄올; 비필수 아미노 산(nonessential amino acid); 글루타민; 및 소태아혈청(fetal bovine serum, FBS)을 포함하는 탈분화배지에서 배양하는 단계, 및 (a ') Barton jelly-derived mesenchymal stem cells were β-mercaptoethanol; Nonnessential amino acid; Glutamine; And culturing in a dedifferentiated medium containing fetal bovine serum (FBS), and (b') 단계 (a')에서 얻어진 배양물을 표피성장인자(epidermal growth factor, EGF); 염기성 섬유아세포성장인자 (basic fibroblast growth factor, bFGF); 및 N2 보조제(N2 supplement)를 포함하는 N2 배지에서 배양하여 얻어진 세포임을 특징으로 하는 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법.(b ') epidermal growth factor (EGF) of the culture obtained in step (a'); Basic fibroblast growth factor (bFGF); And neural progenitor cells, which are cells obtained by culturing in N2 medium containing an N2 supplement, into dopaminergic neurons. 제7항에 있어서, 상기 탈분화배지가 0.001%의 β-머캅토에탄올; 1X의 비필수 아미노산(nonessential amino acid); 2mM의 글루타민; 및 20%의 FBS를 포함하는 DMEM 배지인 것을 특징으로 하는 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법.The method of claim 7, wherein the dedifferentiation medium is 0.001% β-mercaptoethanol; 1X nonnessential amino acid; 2 mM glutamine; And DMEM medium containing 20% of FBS. 제7항에 있어서, 단계 (b')에서 사용되는 N2 배지가 20 ng/ml의 EGF; 20 ng/ml의 bFGF; 및 1X의 N2 보조제(N2 supplement)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경전구세포를 도파민성 신경세포로 분화시키는 방법.8. The method of claim 7, wherein the N2 medium used in step (b ') comprises 20 ng / ml EGF; 20 ng / ml bFGF; And 1 × of N2 supplement (N2 supplement). The method of differentiating neural progenitor cells into dopaminergic neurons. 20∼100 ng/ml의 섬유아세포 성장 인자 8(fibroblast growth factor 8, FGF 8); 200∼500 ng/ml의 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH); 100∼300 uM 의 아스코빈산(ascorbic acid, AA); 및 10∼20 ng/ml의 뇌-유래 신경영양 인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)를 포함하는 N2 배지(A), 및Fibroblast growth factor 8 (FGF 8) at 20-100 ng / ml; 200-500 ng / ml sonic hedgehog (SHH); Ascorbic acid (AA) of 100-300 uM; And N2 medium (A) comprising 10-20 ng / ml of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), and 100∼300 uM 의 아스코빈산(ascorbic acid, AA); 10∼20 ng/ml의 뇌-유래 신경영양 인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF); 2∼20 ng/ml의 글리아 세포계 유래 신경영양 인자(glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF); 및 0.5∼2 mM 의 디부티릴 시클릭 아데노신 모노포스페이트(dibutyryl cyclic adenosine monophosphate, dcAMP)를 포함하는 N2 배지(B)Ascorbic acid (AA) of 100-300 uM; Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) of 10-20 ng / ml; 2-20 ng / ml glia cell-derived neurotrophic factor (GDNF); And N2 medium (B) comprising 0.5-2 mM dibutyryl cyclic adenosine monophosphate (dcAMP). 로 이루어진 군으로부터 1 또는 2개 선택된, 신경전구세포(neural progenitor cell)의 도파민성 신경세포(dopaminergic neural cell) 분화용 배지.A medium for differentiating dopaminergic neural cells (dopaminergic neural cells) of neural progenitor cells selected from the group consisting of. 삭제delete 제10항에 있어서, 상기 N2 배지(A)가 100 ng/ml의 FGF 8; 200 ng/ml의 SHH; 200 uM 의 AA; 및 20 ng/ml의 BDNF를 포함하는 것을 특징으로 하는 배지.The method of claim 10, wherein the N2 medium (A) is 100 ng / ml FGF 8; 200 ng / ml SHH; 200 uM AA; And 20 ng / ml BDNF. 삭제delete 제10항에 있어서, 상기 N2 배지(B)가 200 uM 의 AA; 20 ng/ml의 BDNF; 20 ng/ml의 GDNF; 및 1 mM 의 dcAMP 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배지.The method of claim 10, wherein the N2 medium (B) is 200 uM AA; 20 ng / ml BDNF; 20 ng / ml GDNF; And 1 mM of dcAMP. 제10항에 있어서, 상기 N2 배지(A)가 100 ng/ml의 FGF 8; 200 ng/ml의 SHH; 200 uM 의 AA; 및 20 ng/ml의 BDNF를 포함하고, 상기 N2 배지(B)가 200 uM 의 AA; 20 ng/ml의 BDNF; 20 ng/ml의 GDNF; 및 1 mM 의 dcAMP 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배지.The method of claim 10, wherein the N2 medium (A) is 100 ng / ml FGF 8; 200 ng / ml SHH; 200 uM AA; And 20 ng / ml BDNF, wherein the N2 medium (B) is 200 uM AA; 20 ng / ml BDNF; 20 ng / ml GDNF; And 1 mM of dcAMP.
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