본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 발명의 범위는 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 지방줄기세포의 단리 및 배양
인간의 지방흡입물 10㎖ (리더스피부과, 서울)을 동일 부피의 인산화 완충 용액으로 세척하고 지방조직만을 분리하였다.
지방조직의 세포외기질을 37 ℃, 5 % CO2 배양기에서 45 분간 0.075 % 콜라게나아제로 효소처리하고, 최적의 효소 처리된 지방조직을 1200 g에서 5분간 원심분리하여 고밀도의 줄기세포를 포함한 스트로마성 혈관 분획을 수득하였다. 펠렛을 인산화 완충 용액으로 세척하고 70㎛ 나일론 세포 여과기를 통하여 기타 조직을 제거하고 Histopaque-1077(SIGMA)로 적혈구를 포함한 세포파편과 단핵세포만을 분리하였다.
분리된 단핵세포를 Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM), 10 % fetal bovine serum(FBS), 1 % penicillin streptomycin이 포함된 배양액으로 37 ℃, 5 % CO2, 배양기에서 24 시간 배양 후 비접착성 세포들을 제거함으로써 줄기세포를 106 개 단리하였다.
단리한 줄기세포가 104 cells/㎖가 되도록 세포 부유액 10 ㎖를 T25 플라스크(면적 25 ㎠, 용량 50 ㎖)에 옮겨 상기 조건에서 배양하였다.
누적집단배증시간 (doubling time)은 플라스크 내 배양중인 세포가 80 % 합류(confluence) 때까지 유지하고 80 % 합류시기에 계대배양을 수행하였다.
계대배양은 배양액을 제거한 플라스크를 PBS로 세척하고 0.25 % Trypsin-EDTA(GIBCO)로 세포를 떨어뜨린 후 세포부유액을 원심분리 후, 세포수 측정과 viability 검사한 뒤 DMEM, 10 % FBS, 1 % penicillin streptomycin이 포함된 배양액에서 다시 3 배로 계대배양 하였다. 상기 과정을 3 번 반복하였다.
<실시예 2> 줄기세포 배양액 생산
<실시예 1>에서 단리, 계대배양된 지방유래 줄기세포 4× 105 개를 무혈청 배지인 DMEM/F12(Invitrogen-Gibco-BRL, Grand Island, NY)를 이용하여 72 시간 배양한 후, 배양액을 300 g, 5 분간 원심분리 하여 상등액을 0.22 ㎛ 주사식 여과기로 여과하여 지방줄기세포 배양액을 준비하였다.
<실시예 3> 지방줄기세포 배양액의 단백질 분석
3-1. 단백질의 트립신 분해
<실시예 2>에서 준비된 지방줄기세포 배양액을 동결건조기를 이용하여 동결건조 하였다. 건조된 분말을 멸균된 증류수에 용해시킨 후 고체상 추출 카트리지(Waters, USA)를 이용하여 단백질을 회수하였다. 단백질을 C18 역상 크로마토그래피 (Chromolith , Merck)를 이용하여 6 개의 군으로 분획하였다. 각 분획을 환원완충액(50 mM NH4HCO3, 2 mM DTT)을 이용하여 20 분간 56 ℃에서 환원시켰다. 환원된 단백질을 알킬화 완충액(50 mM NH4HCO3, 5 mM iodoacetamide)으로 37 ℃에서 15 분간 알킬화 한 후, 트립신으로 37 ℃에서 12 시간 분해하였다.
3-2. Q-
TOF
를 이용한
LC
-
MS
/
MS
분석
트립신으로 분해한 각 군의 펩티드 분획을 Agilent 1100 LC system(Agilent, USA)을 Q-STAR Excel mass spectrometer(MDS Sciex, Toronto, Canada)와 연결하여 분리 분석 하였다. 결과는 Analyst QS software의 information-dependent acquisition mode를 이용하여 획득하였다.
다가이온은 MS/MS를 이용하여 선별하였다. 각 cycle은 1-s MS와, 3-s MS/MS로 구성하였고, acetonitrile의 12.5 %~40 %의 농도구배로 linear LC를 이용하여 90 분간 처리하였다.
각 전구이온은 tandem MS로 선택한 후 LC-MS/MS를 이용하여 분석하였다.
LC-MS/MS를 3회 분석하여 각 군의 펩티드 분획을 결정하였다.
3-3.
Database
검색
LC-MS/MS결과를 MASCOT 검색엔진(Matrix Science, London, United Kingdom) 을 이용하여 human International Protein Index(IPI) 단백질 서열 database에서 검색을 하였다. MS의 정확도는 1200 ppm이고, MS/MS 정확도는 0.3 Da이며, 트립신 분해 오차 및 O-deoxy-carbamidomethylated 시스테인, 산화 메티오닌의 다양한 변형, N-말단 아세틸화 단백질수준에서 검색하였다.
database 검색결과 총 112개의 단백질을 동정하였고, 미백에 관련된 단백질을 선별하여 하기 표 1을 작성하였다.
지방줄기세포 배양액의 미백단백질
Hypopigmenting Mechanism |
AC |
Gene |
MW |
Description |
티로시나아제, TRP1, TRP2 억제 Mitf downregulation |
IPI00007793 |
IL6 |
23931 |
Interleukin-6 precursor |
IPI00302679 |
LTBP1 |
160801 |
Latent transforming growth factor beta binding protein 1 isoform LTBP-1S |
IPI00292150 |
LTBP2 |
204059 |
Latent transforming growth factor beta binding protein 2 precursor |
멜라노좀 전이 |
IPI00302679 |
LTBP1 |
160801 |
Latent transforming growth factor beta binding protein 1 isoform LTBP-1S |
IPI00292150 |
LTBP2 |
204059 |
Latent transforming growth factor beta binding protein 2 precursor |
살펴본 바와 같이, 지방세포 유래 줄기세포 배양액에는 티로시나아제, TRP1 및 TRP 2를 억제하고 Mitf(microphthalmia-associated transcription factor)를 downregulation하거나, 멜라노좀을 전이하는데 관여하는 단백질이 다수 함유되어 있음을 알 수 있다.
<실시예 4> B16 세포주의 멜라닌 억제실험
설치류 멜라노마 세포주인 B16 세포주를 DMEM 배지에 10 % 우태혈청과 100 U/㎖ 페니실린, 100 ㎍/㎖ streptomycin을 첨가하여 37 ℃, 5 % CO2, 조건에서 배양하였다.
배양된 B16 세포를 96-well 플레이트에 well 당 2ⅹ103 개의 세포를 접종하고, 멜라닌자극호르몬인 α-MSH 각각 100 nM 과 지방줄기세포 배양액 0 %, 10 %, 50 %, 100 %이 포함된 시료액 200㎕ 를 동시에 처리하였다. 72 시간 후에 CCK-8(Dojindo, Gaithersburg, MD) 용액 10ul을 각 well에 첨가 한 후 3 시간 동안 배양하여, microplate reader(TECAN, Grodig, Austria)로 450㎚에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 값은 표준곡선을 작성하여 보정하였다.
다음으로, 배양된 B16 세포를 plate에 1.5ⅹ104 개씩 접종한 후 실시예 2에서 수득한 지방줄기세포 배양액 10 ㎖을 각각 0 %, 10 %, 50 %, 100 % 씩 한 시간 동안 전 처리하고, α-MSH 100 nM 을 72시간 처리 후에 인산화완충용액으로 배지를 씻어준 후 멜라닌 추출용액(1N NaOH+50 % DMSO)을 well당 100 ㎕씩 첨가하여 80 ℃에서 세포를 용해시킨 후 마이크로플레이트 리더기로 492㎚에서 멜라닌의 흡광도를 측정하였다(도 3 참조).
그 결과 지방유래 줄기세포 배양액 50 % 또는 100 %를 α-MSH와 함께 처리한 군은 지방유래 줄기세포 배양액을 처리하지 않은 군에 비하여 현저한 멜라닌 생성 억제 효과를 보였다.
<실시예 5> 티로시나아제 억제실험
5-1 티로시나아제 활성실험
시험관에 0.1 M 인산염완충액(pH 6.5) 220㎕와 B16 세포에서 추출한 티로시나아제 20㎕ 그리고 버섯 티로시나아제 20㎕를 순서대로 넣었다. 이 용액에 1.5 mM 티로신 액 40 ㎕를 넣고 37 ℃에서 10~15분 동안 반응시키고, 이를 마이크로플레이트 리더기를 이용하여 490㎚에서 흡광도를 측정하였다.
상기 실시예 4의 시료액을 각각 200㎕ 으로 티로신 액을 처리하기 전 에 처리하였고, 공시료액으로는 시료액 대신 0.1 M 인산염완충액(pH 6.5)을 넣었다.
그 결과 도 1에서 나타난 바와 같이, 그 결과 지방유래 줄기세포 배양액 50 % 또는 100 %를 α-MSH와 함께 처리한 군은 지방유래 줄기세포 배양액을 처리하지 않은 군에 비하여 현저한 티로시나아제 활성 저해 효과를 보였다.
5-2 티로시나아제 억제실험
시험관에 0.1 M 인산염완충액(pH 7.0) 850 ㎕와 상기 실시예 4의 시료액 50 ㎕ 그리고 버섯 티로시나아제 50 ㎕를 순서대로 넣고 37 ℃에서 6 분 동안 반응시켰다. 이 용액에 0.06 mM L-DOPA(L-3,4-dihydroxyphenylalanine)용액 50 ㎕를 넣은 다음 37 ℃에서 1 분 동안 반응시킨다. 공시료액으로는 0.1 M 인산염완충액(pH 7.0)을 넣었다. 실험 종료 후 마이크로플레이트 리더기를 이용하여 475㎚에서 흡광도를 측정하였다.
그 결과, 도 2에서 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 줄기세포 배양액을 첨가한 군에서 용량에 비례하여 티로시나아제의 활성을 저해하는 것을 확인하였다.
<실시예 6> 티로시나아제의 Western blot 분석
배양된 B16 세포를 plate에 1.5ⅹ105 개씩 접종한 후 지방줄기세포 배양액 10㎖ 을 각각 0 %, 10 %, 50 %, 100 % 씩 두 시간 동안 전 처리 후, 실시예 4의 시료액을 10㎖ 처리하였다.
48 시간 후에 세포를 RIPA 완충용액(50 mM Tris-HCl, 0.15 M NaCl, 1 mM EDTA, 1 % Triton X-100, 1 % SDS, 50 mM NaF, 1 mM Na3VO4, 5 mM dithiothreitol, 1 ㎍/㎖ leupeptin and 20 ㎍/㎖ PMSF, pH 7.4)을 이용하여 분해하여 단백질을 얻었다. 25 ㎎의 단백질을 8 % SDS-polyacryamide gel electrophoresis를 이용하여 분리하였다. 단백질이 분리된 젤을 PVDF막에 전이시켰다. PVDF막을 anti-티로시나아제(1:500배 희석) 항체, α-tubulin 항체(1:10,000배 희석)로 배양한 후, horseradish peroxidase-conjugated anti-goat IgG 항체(1:10,000 dilution)로 다시 배양하였다. 획득한 band를 immunobilon western reagent로 X-ray 필름에 노출시켜 결과를 확인하였다.
그 결과 도 4a에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 지방유래 줄기세포 배양액을 50 % 또는 100 % 처리한 군에서는 티로시나아제가 검출되지 않았으며, 도 4b에서 확인할 수 있는 바와 같이 티로시나아제의 발현이 현저히 저해되었다.
<실시예 7> 지방유래 줄기세포 배양액의 도포를 통한 미백효과
본 효능 테스트는 시험 연구(pilot study)로 강북삼성병원 의학연구윤리심의위원회의 승인 하에 진행되었다. 효능 테스트의 목적은 현재 피부 노화가 진행 중인 환자들에서 지방유래 줄기세포 배양액의 미백 효과를 평가하기 위함이다.
효능 테스트의 방법은 만 20세 이상 75세 이하의 성인 남성 및 여성 중 색소질환에 있어서 미백 개선을 원하는 건강한 자원자를 대상으로 하였다.
구체적으로, 실시예 2에서 분리한 지방줄기세포배양액 6 ㎖을 준비하였고, 환자가 개선을 원하는 부위에 골고루 도포해준 후 마이크로 니들로 문질러 주었다. 이와 같은 방법으로 2주에 1회 시술하였고, 매번 디지탈 사진을 관찰하고 미백 효과를 측정하였다. 3회 이상 치료를 받은 사람을 대상으로 하였다.
유효성을 평가하기 위하여 Clinical Suite Skin Analyzer를 이용한 디지탈 사진 측정 및 표 2의 효능 평가 스코어에 의한 평가를 하여 분석하였다.
효능 평가 스코어
등 급 |
기 준 |
매우 좋음 (4) |
76% 이상 호전됨 |
좋 음 (3) |
51% ~ 75% 호전됨 |
보 통 (2) |
26% ~ 50% 호전됨 |
나 쁨 (1) |
25% 이하 호전됨 |
악 화 (0) |
변화 없거나 더 심해짐 |
그 결과 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이 지방유래 줄기세포 배양액은 피부흑화를 개선할 수 있었고, 표 3에서와 같이 지방유래 줄기세포 배양액을 투여한 결과 87.9%의 피험자에서 26% 이상 호전되었다.
지방유래 줄기세포 배양액 투여결과
개선정도 |
악 화 |
나 쁨 |
보 통 |
좋 음 |
매우 좋음 |
합 계 |
피험자수 |
3 |
8 |
25 |
41 |
14 |
91 |
백분율 |
3.30% |
8.79% |
27.47% |
45.05% |
15.38% |
100.00% |