KR101037002B1 - The Specific Culture Media for Chondrocyte Cells and Methods of Uses Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬(무릎)관절 또는 족관절 등에 임상적 증세가 있는 대퇴골 관절 연골 (외측, 내측, 활차면) 결손 부위 및 거골의 골연골 결손 부위에 임상적으로 사람의 연골 세포를 이식할 수 있는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법에 관한 것이다.According to the present invention, cartilage cells can be clinically implanted into femoral articular cartilage (lateral, medial, trochlear) defects and osteochondral defects of the talmur with clinical symptoms in the knee (knee) or ankle joint. It relates to a chondrocyte specific culture method for the early culture of cells.

이는 특히, 임상적으로 이식을 위해 채취된 연골조직으로부터 분리된 연골세포를 체외에서 배양하는 과정에서 기존 상용화된 배지를 이용하여 연골세포를 배양하는 것보다 연골세포의 증식률을 높여 채취에서 이식까지의 시간 단축뿐만 아니라 이식 가능한 세포수를 하여 빠른 시간에 얻을 수 있다.In particular, in vitro culturing chondrocytes isolated from cartilage tissue harvested for transplantation in vitro, the proliferation rate of chondrocytes is increased, compared to culturing chondrocytes using conventionally available media. In addition to shortening the time, the number of transplantable cells can be obtained quickly.

연골세포, 연골세포 특이적 배양배지. Chondrocytes, chondrocyte specific culture medium.

Description

연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법{The Specific Culture Media for Chondrocyte Cells and Methods of Uses Thereof}The specific culture media for chondrocyte cells and methods of uses thereof

본 발명은 인간의 손상된 관절 연골 부위로부터 채취된 연골조직에서 연골세포를 분리하여 임상적으로 이식 가능한 세포수 만큼 체외에서 배양하는 과정에서 기존 상용화된 배양배지보다 높은 증식률을 보이는 연골세포에 특이적 배양배지를 이용하여 배양함으로써 보다 빠른 시간 내에 많은 세포수를 확보할 수 있는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법에 관한 것이다.The present invention is specific for culturing chondrocytes showing a higher proliferation rate than conventional culture medium in the process of separating chondrocytes from cartilage tissue collected from the damaged joint cartilage region of human and culturing in vitro as much as the number of clinically transplantable cells. It relates to a chondrocyte specific culture method for the early culture of chondrocytes that can secure a large number of cells in a faster time by culturing using a medium.

사람의 관절 연골 조직은 한번 손상이 되게 되면 생체 내에서 정상적으로 재생이 되지 않는 특징을 갖고 있다. 이렇듯 관절 연골이 손상되면 일상적으로 생활에 제한 받을 정도로 심한 통증이 동반되며 만성화될 경우 치명적인 퇴행성관절염을 유발하게 한다.Human articular cartilage tissue has a feature that once damaged, it does not normally regenerate in vivo. As such, joint cartilage damage is accompanied by severe pain that limits daily life, and when chronicized, it causes fatal degenerative arthritis.

최근 조직공학 분야의 급속한 발전에 따라 관절 연골의 손상을 치료하기 위해 환자 자신의 정상적인 연골 조직 일부를 채취하여 연골세포를 분리 및 배양하여 이식하는 기술이 New York에 있는 Hospital for Joint Disease에서 처음 연구되었으며 스웨덴(Sweden)에 있는 University of Gothenburg와 Sahlgrenska University Hospital에서 그 기술을 발전시켰으며 세계의 많은 산업체에서 연골세포치료제를 GMP 시설에서 의약품으로 생산하고 있다.In recent years, with the rapid development of tissue engineering, a technique for separating and culturing chondrocytes by taking part of the normal cartilage tissue of the patient himself to treat articular cartilage damage was first studied at the Hospital for Joint Disease in New York. The technology has been developed at the University of Gothenburg and Sahlgrenska University Hospital in Sweden, and many industries around the world produce chondrocyte treatments as pharmaceuticals in GMP facilities.

이렇듯 손상된 관절 연골의 치료는 무릎 관절 연골이 손상된 환자로부터 사용을 하지 않는 관절의 연골을 일부 채취하여 세포배양기 내에서 연골세포에 적절한 영양성분이 공급되는 배양배지에서 이식에 필요한 수로 연골세포를 증폭하여 환자의 연골 결손부에 주입 또는 이식하는 방법으로 환자의 손상된 관절 연골을 재생시키는 것이다.The treatment of damaged articular cartilage is performed by extracting some of the cartilage of the joint which is not used from the patients with damaged knee cartilage, and amplifying the chondrocytes as needed for transplantation in the culture medium in which the proper nutrients are supplied to the chondrocytes in the cell culture period. Injecting or implanting a cartilage defect in a patient regenerates damaged articular cartilage of the patient.

그러나, 연골세포는 부착성 세포로써 그 증식도가 매우 느리고 단층배양과정에서 배양 과정 중 세포주변의 환경조건에 따라 연골세포의 모양이 변화하는 고유의 특징을 지니고 있으며, 200∼300mg 정도의 작은 연골조직으로부터 세포를 분리하여 이식에 충분한 세포수인 1,200∼6,000만개 이상의 연골세포로 증식시키기 위해서는 특별한 배양기술과 배양배지가 필요하다.However, chondrocytes are adherent cells, and their proliferation rate is very slow and the intrinsic characteristics of chondrocytes change according to the environmental conditions around the cells during culturing in monolayer culture. A special culture technique and culture medium are necessary to separate cells from the tissues and to proliferate to 12 to 60 million or more chondrocytes, which are sufficient cells for transplantation.

포유동물세포 배양 배지의 구성물질은 약 50 여종의 성분으로 이루어져 있으며 이들은 크게 보아 세포의 생합성에 이용되는 부분과 생물학적 에너지 대사에 이용되는 부분, 그리고 여러 가지 대사 작용의 촉매 역할을 하거나 세포 내 생리적 현상을 조절하는데 이용되는 부분 등으로 나눌 수 있다. 즉, 세포 배양에 사용되는 배지는 등장용액 성분과 완충용액 성분, 그리고 에너지 공급원인 아미노산, 비타민, 그리고 무기염류를 포함하는 영양성분과 그 외의 다양한 종류의 첨가제(supplement)들로 구성되어 있다. 또한, 세포의 특성에 따라 5∼20% 정도의 혈청을 공급해 줌으로서 세포증식에 적합한 각종 호르몬, 성장인자, 지방, 비타민들을 공급해 주고 단백질 분해효소의 활성을 억제하며, pH 조절용 완충제 역할을 하는 등의 포유동물세포의 성장과 활성을 촉진시킨다. 포유동물세포를 배양하기 위한 배지를 구성하는 성분들은 농도뿐만 아니라 그 조성면에서도 각 배지의 종류에 따라 달라진다. 배지의 종류는 크게 Minimal essential medium (MEM), Rosewel Park Memorial Institute (RPMI)-1640 그리고 Dulbecco's modification of Eagle's medium (DMEM)과 같이 보다 단순하고 세포배양에서 공통적으로 사용되는 배지와 Iscove's modification of DMEM (IMDM), Ham's F-12 그리고 Connaught Medical Research Laboratories (CMRL)-1666과 같이 보다 복잡하고 여러 가지 성분이 강화된 배지로 나눌 수 있다.Mammalian cell culture medium consists of about 50 kinds of components, which are largely used for the biosynthesis of cells, the parts used for biological energy metabolism, as a catalyst for various metabolism or physiological phenomena in cells. It can be divided into parts used to control. In other words, the medium used for cell culture is composed of isotonic solution components, buffer components, nutrients including amino acids, vitamins, and inorganic salts as energy sources, and various other supplements. In addition, by supplying about 5 to 20% of serum according to the characteristics of the cell, it supplies various hormones, growth factors, fats, and vitamins suitable for cell proliferation, inhibits protease activity, and acts as a buffer for pH control. Promotes the growth and activity of mammalian cells. The components constituting the medium for culturing mammalian cells vary depending on the type of medium in terms of concentration as well as its composition. The medium types are simpler and commonly used in cell culture, such as Minimal essential medium (MEM), Rosewel Park Memorial Institute (RPMI) -1640, and Dulbecco's modification of Eagle's medium (DMEM), and Iscove's modification of DMEM (IMDM). ), And Ham's F-12 and Connaught Medical Research Laboratories (CMRL) -1666.

포유동물 세포의 성장곡선은 보통 2∼3일 정도의 지연기 (Lag phase)를 가지며 글루타민 대사산물인 암모늄과 포도당 대사산물인 젖산의 축적으로 인하여 지연기 말부터 살아 있는 세포의 농도가 급격히 감소한다. 포유동물세포의 주요 대사경로에는 포도당과 글루타민 (glutamine)이 주요 탄소원 및 에너지원으로 사용된다. 포유동물세포에 의해 포도당이 대사되면 해당과정을 거쳐 피루브산이 된다. 또한, 인산오탄당 경로 (pentose phosphate pathway)에 의해 오탄당을 만들어 핵산을 합성한다. 해당과정에서 만들어진 피루브산은 TCA회로에 의해 이산화탄소와 물로 분해되기도 하고 젖산으로 되기가 하며, 또한 지방산이 되기도 한다. 포유동물세포 대사에 사용되는 탄소원 중에서 특이한 것은 글루타민 (glutamine)으로서 대사과정 중에 일부는 글루타메이트 (glutamate)가 되고 글루타메이트는 TCA 회로로 들어가 다른 아미노산 합성을 위한 탄소골격 (carbon skeleton)을 만든다. 포유동물 세포의 중요 배설물은 젖산과 암모니아이며 알라닌 (alanine)의 배출 또한 중요한다. 젖산염 (lactate)과 암모니아는 세포 내부와 리소좀의 pH를 변화시키기 때문에 세포에 독성으로 작용하기도 한다.The growth curve of mammalian cells usually has a Lag phase of 2 to 3 days and the concentration of viable cells decreases rapidly from the end of the delay phase due to the accumulation of ammonium glutamine metabolite and lactic acid glucose. . Glucose and glutamine are the main carbon and energy sources for mammalian cells. When glucose is metabolized by mammalian cells, glycolysis becomes pyruvate. In addition, a pentose sugar is produced by the pentose phosphate pathway to synthesize nucleic acids. Pyruvic acid produced during glycolysis is decomposed into carbon dioxide and water by the TCA cycle, into lactic acid, and also fatty acid. One of the carbon sources used for mammalian cell metabolism is glutamine, a part of which becomes glutamate, and glutamate enters the TCA cycle, creating a carbon skeleton for other amino acid synthesis. Important excretion of mammalian cells is lactic acid and ammonia, and the release of alanine is also important. Lactate and ammonia are toxic to cells because they change the pH of cells and lysosomes.

이렇듯, 배양되는 세포의 종류에 따라 생리적 기전과 영양적 요구량이 서로 다르기 때문에 세포배양에 사용되는 배지의 종류도 특성에 따라 달라져야 한다. 따라서 사람에서 유래된 세포를 배양하기 위해서는 세포의 종류와 상태에 따른 성장조건 및 각각 요구되는 배지의 조성은 서로 다를 것이다. 이에 본 발명서에서는 사람의 연골세포의 특성에 맞는 연골세포배양배지를 개발하기 위한 것이다.As such, since the physiological mechanism and nutritional requirements are different depending on the type of cells cultured, the type of medium used for cell culture should also vary according to characteristics. Therefore, in order to cultivate human-derived cells, growth conditions according to the type and state of the cells and the composition of the required medium will be different. Therefore, the present invention is to develop a chondrocyte culture medium suitable for the characteristics of human chondrocytes.

본 발명은 다양한 연령과 인체의 건강상태를 갖는 환자의 관절연골조직으로부터 분리된 세포를 상기와 같은 세포의 생리 및 영양적 제한점의 한계를 개선하고자 창안한 것으로, 임상적으로 이식에 거부 반응이 거의 없는 환자 자신의 연골세포를 기존의 상업용으로 판매되어 사용되고 있는 배지의 성능보다도 가능한 짧은 시간에 임상적으로 이식에 필요한 세포수를 확보하기 위해 연골세포의 생존률, 증식률 뿐만아니라 분화도를 높이고 연골세포의 고유 특성을 유지하는 사람의 연골세포에 특이적 배양배지 조성분을 구성하고, 이 배지를 이용하여 배양시간을 단축하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the limitations of the physiological and nutritional limitations of the cells isolated from articular cartilage tissue of patients of various ages and health conditions of the human body, and clinically the rejection response to transplantation is almost In order to secure the number of cells required for clinical transplantation in the shortest time possible than the performance of the medium, which is sold and used for commercially available cartilage cells, the patient's own chondrocytes are not only improved in survival rate, proliferation rate, but also in differentiation and intrinsic in cartilage cells. The purpose is to form a specific culture medium composition in the chondrocytes of humans to maintain the characteristics, and to shorten the culture time using this medium.

본 발명은 Rosewel Park Memorial Institute (RPMI)-1640과 Dulbecco's modification of Eagle's medium (DMEM)을 1:1 비율로 혼합된 DR을 만들고, 상기 DR의 조성을 다시 DMEM과 RPMI-1640 배지와 비교하여 각 배지내 중복된 성분들은 높은 농도를 선택하는 동시에 둘 중 하나의 배지에만 들어 있는 성분들은 그 농도 그대로를 유지하고 같은 공급원인 성분들은 둘 중 택 1하여 Advanced Basic Media(ABM)-Chondrocyte (ABM-C) 배지를 조성하는 단계; 및 이후 상기 ABM-C 배지를 이용하여 연골세포를 배양하는 단계 또는 ABM-C 배지를 이용한 Short-term 연골세포를 배양하는 단계 또는 ABM-C 배지를 이용한 3차원 연골세포를 배양하는 단계 중에서 어느 하나의 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법을 제공한다.The present invention creates DR mixed with Rosewel Park Memorial Institute (RPMI) -1640 and Dulbecco's modification of Eagle's medium (DMEM) in a 1: 1 ratio, and compares the composition of the DR with DMEM and RPMI-1640 medium in each medium. Overlapped components select high concentrations while maintaining the same concentration in one of the mediums, while the same source component is selected from the Advanced Basic Media (ABM) -Chondrocyte (ABM-C) medium. Creating a step; And then culturing chondrocytes using the ABM-C medium, culturing short-term chondrocytes using ABM-C medium, or culturing three-dimensional chondrocytes using ABM-C medium. It provides a chondrocyte specific culture method for chondrocyte early culture, characterized in that consisting of a step of.

본 발명은 연골조직에서 연골세포를 분리하여 DMEM 배지를 이용한 자가 연골세포치료제를 제조하기 위해서는 4-5주 동안의 배양기간과 단층 연속배양을 3차까지 배양하는 반면, 연골세포에 특이적인 배지인 ABM-C 배지를 이용함으로써 연골세포의 doubling time을 획기적으로 단축하여 단층연속배양을 2차 배양까지 하여 자가 연골세포치료제를 제조함으로써 짧은 시간 내에 대량의 연골세포를 배양할 수 있어 손쉽게 연골손상을 입은 환자에게 이식시켜 줄 수 있으며, 짧은 배양기간으로 제조과정 중 소모되는 원자재의 사용량이 감소함으로서 제조원가가 절감되어 저가의 연골세포치료제를 공급할 수 있다.In order to prepare autologous chondrocytes using DMEM medium by separating chondrocytes from chondrocytes, the present invention is to culture culture period and monolayer continuous culture for 4-5 weeks up to 3rd stage, By using ABM-C medium, the doubling time of chondrocytes can be drastically shortened, monolayer continuous culture to secondary culture, and autologous chondrocytes can be prepared. It can be transplanted to a patient, and by using a short incubation period, the amount of raw materials consumed during the manufacturing process can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost and supplying inexpensive chondrocyte therapy.

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본 발명은 슬(무릎)관절 또는 족관절 등에 임상적 증세가 있는 대퇴골 관절 연골 (외측, 내측, 활차면) 결손 부위 및 거골의 골연골 결손 부위에 임상적으로 사람의 연골 세포를 이식할 수 있는 연골세포 조기배양이 가능한 연골세포 특이적 배양배지를 제공한다.According to the present invention, cartilage cells can be clinically implanted into femoral articular cartilage (lateral, medial, trochlear) defects and osteochondral defects of the talmur with clinical symptoms in the knee (knee) or ankle joint. It provides a chondrocyte specific culture medium capable of premature cell culture.

상기 발명을 위해서 먼저, 기존 이미 상용화된 배지인 DMEM과 RPMI-1640을 1:1의 비율로 혼합된 배지 조성 ABM-Chondrocyte을 확립하였다. (표 1).For the above invention, first, a medium composition ABM-Chondrocyte was prepared in which DMEM and RPMI-1640, which are already commercially available media, were mixed at a ratio of 1: 1. (Table 1).

표1. 상용화된 배지의 조성 및 Advanced Basic Media(ABM)-Chondrocyte (ABM-C)의 조성Table 1. Composition of Commercialized Media and Composition of Advanced Basic Media (ABM) -Chondrocyte (ABM-C)

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연골세포배양을 위한 기본배지의 조성 (Advanced Basic Media, ABM)은 DMEM과 RPMI-1640 배지조성에서 출발하였다. DMEM과 RPMI-1640을 1:1 비율로 혼합한 DR을 만들고 DR의 조성을 다시 DMEM과 RPMI-1640 배지와 비교하여 각 배지내 중복된 성분들은 높은 농도를 선택하였으며 둘 중 하나의 배지에만 들어 있는 성분들은 그 농도 그대로를 유지하고, 같은 공급원인 성분들은 둘 중 택 1하여 ABM-C 배지 조성을 완성하였으며 (표 1) 연골세포는 세포의 증식 및 합성이 활발하지 못한 somatic cell로 분류가 되며 이에 적합한 배지는 DMEM이였으며 이 배지의 성분은 표 1에서 보듯이 DMEM high-glucose 배지는 필수 아미노산이 RPMI1640 배지보다 2배가 첨가되어 있는 배지로 아미노산 15, 무기염 6, 비타민 9, 기타 4 가지의 성분을 함유하고 있다. ABM-C 배지는 DMEM 배지에는 없는 asparagine anhydrous, aspartic acid, glutamic acid, hydroxy-proline, proline이 추가되었으며 arginine monohydrochloride외 arginine free base를 더 추가하였다.The composition of the basic medium for chondrocyte culture (Advanced Basic Media, ABM) was started in DMEM and RPMI-1640 medium composition. Create a DR with 1: 1 ratio of DMEM and RPMI-1640, and compare the composition of the DR with DMEM and RPMI-1640 medium, and select the high concentration of the overlapping components in each medium. They maintained the same concentration, and the same source components were selected from one of the two to complete the ABM-C medium composition (Table 1). Chondrocytes are classified as somatic cells in which cell proliferation and synthesis are not active. Was DMEM. As shown in Table 1, DMEM high-glucose medium is a medium in which essential amino acid is added twice as much as RPMI1640 medium and contains amino acid 15, inorganic salt 6, vitamin 9 and four other ingredients. Doing. ABM-C medium added asparagine anhydrous, aspartic acid, glutamic acid, hydroxy-proline, proline, which were not found in DMEM medium, and added arginine free base in addition to arginine monohydrochloride.

조성된 ABM-C 배지의 세포 증식률을 확인하기 위하여 ABM-C, DMEM high-glucose (GIBCO)와 Advanced DMEM high-glucose (GIBCO) 배지에 10% 우태아 혈청을 첨가하여 세포 접종수 (2500 cells/㎠, 5000 cells/㎠, 10000 cells/㎠)별로 11일 동안 배양하여 매일 세포수를 측정하여 연골세포의 증식률을 확인한 결과, 본 발명인 ABM-C 배지의 증식률을 높았다 (도면 2). 이는 Proline과 Hydroxy-proline은 collagen 단백질 (Pro-Hyp-Gly) 구성 요소로 이들 아미노산을 추가하여 연골세포의 성장을 촉진하였으며 아미노산 이외에 비타민류인 d-biotin, aminobenzoic acid, vitamine B12가 추가하여 연골세포의 증식을 강화하였다. Ascorbic acid는 proline 잔기에 hydroxylation에 의한 수소결합을 형성시켜 collagen fiber의 구조를 안정화시키며, 또한 잘 알려진 항산화제로써 연골세포에 도움을 준다. DMEM배지에 추가적으로 ascorbic acid-2-phosphate를 추가적으로 첨가하여 ABM-C 배지에도 첨가하였다.
단층 배양을 통한 연골세포 배양은 사용되는 혈청(FBS)의 농도에 따라 영향을 받는다. ABM-C 배지의 FBS 농도의 영향은 표 2에서 2.5%와 5.0%의 FBS가 함유된 ABM-C은 배양 6일 이후 연골세포의 증식이 감소하는 경향을 보여 배양 6일째를 기준으로 하여 doubling time을 계산해 본 결과, 2.5% FBS가 함유된 ABM-CBM과 CI의 doubling time이 같은 3.2days로, 5% FBS가 함유된 ABM-CBM배지는 2.7 days를 보였으나 배양 7일째부터 연골세포의 증식이 떨어지는 것을 확인하였으며, ABM-C 배지는 FBS 농도에 매우 의존적으로 5% 이하의 농도에서는 세포의 증식률이 낮았다.
표 2. ABM-C 배지내 FBS의 농도에 따른 연골세포 증식 비교

Figure 112009500624033-pat00003

Insulin은 배양 중인 연골세포의 DNA 합성에 대한 비교적 적은 촉진 효과가 있는 것으로 알려져 있으나 (Prins 등, 1982) 여러 가지 성장 인자와 상승 작용을 하여 세포 증식에 적지 않은 도움을 주며 (Adolphe 등 1984), Swarm rat chondrosarchoma에서 5~10ng/mL의 W1이 proteoglycan 합성과 증식에 적은 효과가 있다(Stevens 등, 1981)고 보고하였다. ABM-C내 insulin의 연골세포 증식을 비교하기 위하여 insulin이 첨가된 CI (DMEM) 배지에서 배양된 passage 2의 연골세포를 75㎠의 세포배양용기에 5,000cell/㎠되게 접종하여 각각 ABM-C과 CI (DMEM-high glucose) 배지 내 insulin을 첨가한 배지와 첨가되지 않은 배지의 연골세포 증식을 비교하였다. Insulin이 첨가되지 않은 CI배지에서 배양된 연골세포와 비교하여 insulin이 첨가된 CI배지는 117.4%, W1이 첨가되지 않은 ABM-C 배지는 483.36%, insulin이 첨가된 ABM-C 배지는 591.7%의 증식률을 보였으며, insulin이 첨가된 ABM-C 배지는 insulin이 첨가되지 않은 ABM-C 배지에서 배양된 연골세포보다 122.43% 증식률을 보였다. 이는 insulin의 의한 연골세포의 증식률 보다 ABM-C 배지에 의해 연골세포의 증식률이 높아짐을 알 수 있었다. 또한 Doubling time을 비교해 보면, insulin이 첨가된 배지는 첨가되지 않은 배지보다 각각 0.2~0.3일이 빠른 것을 보였으며 insulin이 첨가된 CI배지보다 insulin이 첨가되지 않은 ABM-C 의 doubling time이 약 1 day 빠른 것으로 나타나 insulin이 첨가되지 않은 ABM-C 배지를 이용하여 연골세포치료제 배양도 가능할 것으로 생각되었다.
표 3. ABM-C 배지내 FBS의 농도에 따른 연골세포 증식 비교
Figure 112009500624033-pat00004
To determine the cell proliferation rate of the prepared ABM-C medium, 10% fetal calf serum was added to ABM-C, DMEM high-glucose (GIBCO) and Advanced DMEM high-glucose (GIBCO) medium. Cm 2, 5000 cells / cm 2, and 10000 cells / cm 2) were cultured for 11 days to determine the proliferation rate of chondrocytes by measuring the number of cells every day, thereby increasing the proliferation rate of the ABM-C medium of the present invention (FIG. 2). Proline and Hydroxy-proline are collagen protein (Pro-Hyp-Gly) components that promote the growth of chondrocytes by adding these amino acids, and vitamins d-biotin, aminobenzoic acid and vitamine B12 are added to the Enhanced proliferation. Ascorbic acid stabilizes the structure of collagen fibers by forming hydrogen bonds through hydroxylation of proline residues. Ascorbic acid-2-phosphate was added to DMEM medium and added to ABM-C medium.
Chondrocyte culture through monolayer culture is affected by the concentration of serum (FBS) used. The effect of FBS concentration on ABM-C medium showed that the proliferation of chondrocytes decreased after 6 days of ABM-C containing 2.5% and 5.0% of FBS in doubling time. As a result, the doubling time of ABM-CBM containing 2.5% FBS and CI was the same 3.2days, ABM-CBM medium containing 5% FBS showed 2.7 days, but the proliferation of chondrocytes from day 7 It was confirmed that the fall, ABM-C medium was very dependent on the FBS concentration, the cell proliferation was low at a concentration of 5% or less.
Table 2. Comparison of chondrocyte proliferation according to the concentration of FBS in ABM-C medium
Figure 112009500624033-pat00003

Insulin is known to have a relatively small promoting effect on the DNA synthesis of chondrocytes in culture (Prins et al., 1982) but synergistically with various growth factors (Adolphe et al., 1984), Swarm In rat chondrosarchoma, 5-10 ng / mL of W1 has little effect on proteoglycan synthesis and proliferation (Stevens et al., 1981). To compare chondrocyte proliferation of insulin in ABM-C, the chondrocytes of passage 2 cultured in insulin-added CI (DMEM) medium were inoculated at 5,000 cells / ㎠ in a 75 cm 2 cell culture vessel, respectively. Chondrocyte proliferation was compared between the medium with insulin and the medium without insulin in CI (DMEM-high glucose) medium. Compared to chondrocytes cultured in CI medium without insulin, 117.4% for insulin-containing CI medium, 483.36% for ABM-C medium without W1 and 591.7% for ABM-C medium without insulin The growth rate was increased, and the insulin-added ABM-C medium showed 122.43% growth rate compared to the chondrocytes cultured in the insulin-free ABM-C medium. It was found that the proliferation rate of chondrocytes by ABM-C medium was higher than the proliferation rate of chondrocytes by insulin. Comparing the doubling time, the media with insulin showed 0.2 ~ 0.3 days earlier than the media without insulin, and the doubling time of ABM-C without insulin was about 1 day than the CI medium with insulin. It was considered to be fast, and it was thought that culturing chondrocytes using ABM-C medium without insulin was possible.
Table 3. Comparison of chondrocyte proliferation according to the concentration of FBS in ABM-C medium
Figure 112009500624033-pat00004

본 발명은 관절이 손상된 환자로부터 채취된 연골조직으로부터 분리된 연골세포를 체외에서 배양 시 기존 상용화된 배지에 비해 연골세포의 증식률이 높아 임상적으로 이식에 필요한 세포수 확보가 빠른 시간에 용이하다는 것이 특징이다.In the present invention, when the chondrocytes isolated from the cartilage tissue collected from a patient with a damaged joint are cultured in vitro, the proliferation rate of the chondrocytes is higher than that of the conventionally commercialized medium, so that it is easy to secure the number of cells necessary for clinical transplantation. It is characteristic.

본 발명의 연골세포 특이적 배양배지는 손상된 연골조직으로부터 분리된 연골세포를 배양하기 위한 것으로, 필요에 따라 한가지 이상의 성분을 첨가할 수 있는데, 태아 송아지, 말 또는 사람의 혈청을 비롯하여 미생물의 오염 방지를 위한 항생제 및 항진균제를 첨가하여 사용할 수 있으며 10% FBS를 첨가하는 것이 바람직하다.The chondrocyte specific culture medium of the present invention is for culturing chondrocytes isolated from damaged chondrocytes, and may be added with one or more components as necessary, to prevent contamination of microorganisms, including fetal calf, horse or human serum. Antibiotics and antifungal agents can be added and used, preferably 10% FBS.

이하 바람직한 실시 예를 들어 본 발명을 상세히 설명하나 본 발명이 이에 국한된 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited thereto.

[실시예 1] ABM배지를 이용한 연골세포배양Example 1 Chondrocyte Culture Using ABM Medium

<실시예 1-1> 연골세포 분리<Example 1-1> Chondrocytes Isolation

채취된 연골조직을 50mL 원심분리튜브로 옮겨 10ug/mL Gentamycin이 들어 있는 HBSS (Hanks' Balanced Salt Solution) 25mL을 넣고 세게 수십회 흔들어 준 후, HBSS를 제거하여 채취된 연골 조직을 수세하였다. 이러한 과정을 6회 반복하였다. 수세된 연골조직을 petridish에 옮겨 담은 후 채취된 연골조직으로부터 뼈 조직을 제거하고 연골조직만 잘라냈다. Petridish에 담긴 연골조직을 약 1-2mm의 크기로 자른 후, 15mL 원심분리튜브로 옮겨 HBSS를 넣고 수십회 흔들어 준 후, 원심분리하여 상층액을 제거하였다. 이러한 수세과정을 3회 반복하였다. 침전된 연골조직을 0.1% 콜라게나제를 함유한 HBSS 용액에 부유한 후, 25㎠ 세포배양용기에 넣고 37℃에서 16-18시간 정치시켰다.The collected cartilage tissues were transferred to a 50 mL centrifuge tube, and 25 mL of HBSS (Hanks' Balanced Salt Solution) containing 10 ug / mL Gentamycin was added and shaken several times. Then, the cartilage tissues were washed by removing HBSS. This process was repeated six times. The washed cartilage tissue was transferred to petridish, and bone tissue was removed from the collected cartilage tissue and only the cartilage tissue was cut out. The cartilage tissue contained in Petridish was cut to a size of about 1-2 mm, then transferred to a 15 mL centrifuge tube, shaken several times with HBSS, and centrifuged to remove supernatant. This washing process was repeated three times. Precipitated cartilage tissue was suspended in HBSS solution containing 0.1% collagenase, and then placed in a 25 cm 2 cell culture vessel and allowed to stand at 37 ° C. for 16-18 hours.

<실시예 1-2> 1차 배양<Example 1-2> Primary culture

0.1% 콜라게나제 용액에서 정치된 연골조직으로부터 분리된 연골세포를 40um 나일론망으로 걸러 새로운 15mL 원심분리튜브로 옮겨 원심분리하고 상층액을 제거한 후 20% FBS (Fetal Bovine Serum, 우태아혈청)을 함유하는 DMEM 또는 ABM 배지로 부유한 후, 5ug/mL의 Gentamycin을 첨가하여 25㎠ 세포배양용기 1-3개에 나누어 37℃, 8% 이산화탄소 농도의 배양기에서 배양하였다. 2-3일 마다 배양용기별로 20% FBS가 함유된 DMEM배지나 ABM배지 5mL로 배양액을 교환하며 9-11일간 배양하였다.The chondrocytes isolated from the cartilage tissues that were left in the 0.1% collagenase solution were filtered through a 40 μm nylon network, transferred to a new 15 mL centrifuge tube, centrifuged, the supernatant was removed, and 20% FBS (Fetal Bovine Serum) was added. After floating with DMEM or ABM containing medium, 5ug / mL Gentamycin was added, divided into 1-3 25 cm 2 cell culture vessels, and cultured in a 37 ° C. and 8% carbon dioxide incubator. Every 2-3 days, the culture medium was exchanged with 5 mL of DMEM medium or ABM medium containing 20% FBS for each culture medium and cultured for 9-11 days.

아스피레이터를 이용하여 배양용기의 배양액을 흡인하고 배양용기당 5mL HBSS를 분주하고 배양용기를 약하게 50회 흔들어 준다. 세척된 HBSS를 아스피레이터를 이용하여 흡입한 후 다시 세척과정을 2회 더 반복한다. 0.25% 트립신 용액 1mL을 각 배양용기에 가한 후 1-2분간 37℃에서 정치하여 연골세포를 배양용기 바닥면으로부터 유리시켜 15mL 원심분리튜브에 옮겨 원심분리한 상층액은 아스피레이터를 이용하여 제거하였다. 10% FBS를 함유한 DMEM 또는 ABM 배지 10mL을 15mL 원심분리튜브에 넣고 세포를 부유한 후 세포부유액 200uL를 취하여 9.8mL ISOTON 용액이 들어있는 15mL 원심분리튜브에 부유시켜 Coulter counter기를 이용하여 세포수를 측정하였다. 1차 배양에서 수집된 연골세포를 5,000 cells/㎠ 의 밀도로 75㎠ 세포배양용기 5개에 나누어 37℃, 8% 이산화탄소 농도의 배양기에서 배양하였다.Aspirator aspirates the culture from the culture vessel, dispenses 5 mL HBSS per culture vessel, and shakes the culture vessel gently for 50 times. The washed HBSS is inhaled using an aspirator, and the washing process is repeated two more times. 1 mL of 0.25% trypsin solution was added to each culture vessel and allowed to stand at 37 ° C for 1-2 minutes to release the chondrocytes from the bottom of the culture vessel and transfer them to a 15 mL centrifuge tube. It was. 10 mL of DMEM or ABM medium containing 10% FBS was placed in a 15 mL centrifuge tube, the cells were suspended, 200 μL of cell suspension was collected and suspended in a 15 mL centrifuge tube containing 9.8 mL ISOTON solution. Measured. Chondrocytes collected in the primary culture were divided into five 75 cm 2 cell culture vessels at a density of 5,000 cells / cm 2 and cultured in an incubator at 37 ° C. and 8% carbon dioxide.

상기 ABM 배지를 이용하여 1차 배양된 연골세포수는 DMEM배지내에서 배양된 연골세포보다 2배의 증식률을 보였다 (표 4).The number of chondrocytes primary cultured using the ABM medium showed twice the proliferation rate as that of the chondrocytes cultured in DMEM medium (Table 4).

표 4. 1차 배양 후 수확된 총 세포의 배지별 비교Table 4. Comparison of Total Cells Harvested After Primary Culture by Media

Figure 112009500624033-pat00005
Figure 112009500624033-pat00005

<실시예 1-3> 2차 배양<Example 1-3> Secondary Culture

1차 계대배양 후, 배양 중 연골세포에 2-3일 마다 배양용기별로 10% FBS가 함유된 DMEM배지나 ABM배지 15mL로 배양액을 교환하며 5-7일간 배양하였다. 배양용기에 90-100% confluence 세포성장이 관찰될 때 계대배양을 실시하였다.After the first subculture, the culture medium was incubated for 5-7 days with 15 mL of DMEM medium or ABM medium containing 10% FBS in culture vessels every 2-3 days. Subcultures were performed when 90-100% confluence cell growth was observed in the culture vessel.

아스피레이터를 이용하여 배양용기의 배양액을 흡인하고 배양용기당 5mL HBSS를 분주하고 배양용기를 약하게 50회 흔들어 준다. 세척된 HBSS를 아스피레이터를 이용하여 흡입한 후 다시 세척과정을 2회 더 반복한다. 0.25% 트립신 용액 2mL을 각 배양용기에 가한 후 1-2분간 37℃에서 정치하여 연골세포를 배양용기 바닥면으로부터 유리시켜 15mL 원심분리튜브에 옮겨 원심분리한 상층액은 아스피레이터를 이용하여 제거하였다. 10% FBS를 함유한 DMEM 또는 ABM 배지 10mL을 15mL 원심분리튜브에 넣고 세포를 부유한 후 세포부유액 200uL를 취하여 9.8mL ISOTON 용액이 들어있는 15mL 원심분리튜브에 부유시켜 Coulter counter기를 이용하여 세포수를 측정하였다. 1차 배양에서 수집된 연골세포를 5,000 cells/㎠ 의 밀도로 175㎠ 세포배양용기 6개에 나누어 37℃, 8% 이산화탄소 농도의 배양기에서 배양하였다.Aspirator aspirates the culture from the culture vessel, dispenses 5 mL HBSS per culture vessel, and shakes the culture vessel gently for 50 times. The washed HBSS is inhaled using an aspirator, and the washing process is repeated two more times. 2 mL of 0.25% trypsin solution was added to each culture vessel and allowed to stand at 37 ° C for 1-2 minutes to release chondrocytes from the bottom of the culture vessel and transfer to a 15 mL centrifuge tube. The supernatant was centrifuged using an aspirator. It was. 10 mL of DMEM or ABM medium containing 10% FBS was placed in a 15 mL centrifuge tube, the cells were suspended, 200 μL of cell suspension was collected and suspended in a 15 mL centrifuge tube containing 9.8 mL ISOTON solution. Measured. The chondrocytes collected in the primary culture were divided into six 175 cm 2 cell culture vessels at a density of 5,000 cells / cm 2 and cultured in an incubator at 37 ° C. and 8% carbon dioxide concentration.

상기 ABM 배지를 이용하여 2차 배양된 연골세포수는 DMEM배지내에서 배양된 연골세포보다 약 1.9배의 증식률을 보였고 (표 5)The number of chondrocytes secondarily cultured using the ABM medium showed a growth rate of about 1.9 times that of the chondrocytes cultured in DMEM medium (Table 5).

표 5. 2차 배양 후 수확된 총 세포의 배지별 비교Table 5. Comparison of Total Cells Harvested After Secondary Culture by Media

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<실시예 1-4> 3차 배양<Example 1-4> Tertiary culture

2차 계대배양 후, 배양 중 연골세포에 3-4일 마다 배양용기별로 10% FBS가 함유된 DMEM배지나 ABM배지 20mL로 배양액을 교환하며 9-11일간 배양하였다. 배양용기에 90-100% confluence 세포성장이 관찰될 때 계대배양을 실시하였다.After the second subculture, the chondrocytes were cultured for 9-11 days with the chondrocytes exchanged with 20 mL of DMEM medium or ABM medium containing 10% FBS every 3-4 days. Subcultures were performed when 90-100% confluence cell growth was observed in the culture vessel.

아스피레이터를 이용하여 배양용기의 배양액을 흡인하고 배양용기당 5mL HBSS를 분주하고 배양용기를 약하게 50회 흔들어 준다. 세척된 HBSS를 아스피레이터를 이용하여 흡입한 후 다시 세척과정을 2회 더 반복한다. 0.25% 트립신 용액 4mL을 각 배양용기에 가한 후 1-2분간 37℃에서 정치하여 연골세포를 배양용기 바닥면으로부터 유리시켜 15mL 원심분리튜브에 옮겨 원심분리한 상층액은 아스피레이터를 이용하여 제거하였다. 10% FBS를 함유한 DMEM 또는 ABM 배지 10mL을 15mL 원심분리튜브에 넣고 세포를 부유한 후 세포부유액 200uL를 취하여 9.8mL ISOTON 용액이 들어있는 15mL 원심분리튜브에 부유시켜 Coulter counter기를 이용하여 세포수를 측정하였다. Aspirator aspirates the culture from the culture vessel, dispenses 5 mL HBSS per culture vessel, and shakes the culture vessel gently for 50 times. The washed HBSS is inhaled using an aspirator, and the washing process is repeated two more times. 4 mL of 0.25% trypsin solution was added to each culture vessel and allowed to stand at 37 ° C for 1-2 minutes to release the chondrocytes from the bottom of the culture vessel and transfer them to a 15 mL centrifuge tube. It was. 10 mL of DMEM or ABM medium containing 10% FBS was placed in a 15 mL centrifuge tube, the cells were suspended, 200 μL of cell suspension was collected and suspended in a 15 mL centrifuge tube containing 9.8 mL ISOTON solution. Measured.

상기 ABM 배지를 이용하여 3차 배양된 연골세포수는 DMEM배지와 거의 같은 증식률을 보였다 (표 6).Chondrocytes cultured 3 times using ABM medium showed almost the same proliferation rate as DMEM medium (Table 6).

표 6. 3차 배양 후 수확된 총 세포의 배지별 비교Table 6. Comparison of Total Cells Harvested After Tertiary Culture by Media

Figure 112009500624033-pat00007
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상기 실시 예 1은 각 배양별로 한정된 배양용기를 이용하여 배양한 결과(도면 3)이다. 본 발명은 빠른 시간 내에 이식이 가능한 세포수를 확보하기 용이한 배지를 개발하기 위함으로 상기 실시 예 1-2의 1차 배양 결과를 기초로 하여 이론적 생산량을 산출하였다 (표 7). 표 7에서 보듯이, ABM을 이용하여 배양한 연골세포의 경우, 2차 배양 후 이론적으로 수확된 세포의 수는 DMEM 배지를 이용하여 배양한 CI보다 3.5배의 많은 세포수를 확보할 수 있다.Example 1 is the result of culturing using a culture vessel defined for each culture (Fig. 3). The present invention was to calculate the theoretical yield based on the primary culture results of Example 1-2 to develop a medium that is easy to secure the number of cells that can be transplanted in a short time (Table 7). As shown in Table 7, in the case of chondrocytes cultured using ABM, the number of theoretically harvested cells after the second culture can secure 3.5 times as many cells as CI cultured using DMEM medium.

표 7. 1차 배양결과를 바탕으로 각 배지별 이론적 생산량 비교Table 7. Comparison of theoretical yields for each medium based on primary culture results

Figure 112009500624033-pat00008
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<실시예 1-5> 배양배지에 따른 연골세포의 특성변화 확인<Example 1-5> Confirmation of changes in the characteristics of chondrocytes according to the culture medium

FBS가 첨가된 ABM에서 배양된 연골세포의 특성 변화를 확인하기 위하여 FBS가 첨가된 DMEM 배지에서 배양된 연골세포와 비교하였다. 배양배지별 배양단계로 배양된 세포의 분자생물학적 수준의 gene 발현을 확인한 결과, 도면 4처럼 DMEM에서 배양된 연골세포와 크게 차이를 보이지 않았다.In order to confirm the change in the characteristics of chondrocytes cultured in ABM added with FBS, it was compared with the chondrocytes cultured in DMEM medium containing FBS. As a result of confirming the gene expression of the molecular biological level of the cells cultured by the culture step for each culture medium, as shown in Figure 4 there was no significant difference from the chondrocytes cultured in DMEM.

표 8. RT-PCR 반응 조건Table 8. RT-PCR Reaction Conditions

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표 9. 각 Gene의 PCR Primer 염기서열Table 9. PCR Primer Sequences for Each Gene

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표 10. 각 Gene의 PCR 반응조건Table 10. PCR reaction conditions for each gene

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일반적으로 혈청이 첨가된 배지에서 단층배양으로 연속적으로 배양하면 passage 4~5 이후 연골세포의 특성을 잃어버리는 dedifferentiation이 일어난다 (Benya and Shaffer, 1982; Schulze-Tanzil 등, 2002). 각각 배지로 배양된 연골세포의 passage별 세포특성을 분자생물학적으로 gene의 발현율을 GAPDH와 비교한 결과 (도면 5), 검체 모두 계대배양 수가 증가됨에 따라 거의 gene의 발현도가 떨어지는 경향을 나타내며 hypertrophic marker인 Collagen type X, activated functional marker인 collagen type Ⅱ와 aggrecan, dedifferentiated marker인 collagen type Ⅰ 역시 두 배지 모두에서 감소하는 경향을 보였다. . 이와 마찬가지로 ABM-C 배지에서 연속적인 단층배양에서도 passage 3에서 collagen type Ⅱ의 합성 능력을 상실하였으나 (도면 5) ABM-C을 이용한 연골세포의 배양은 passage 2에서 CI배지에서 배양한 연골세포보다 activated functional chondrocyte의 표지인 aggrecan의 발현이 높게 나타났다. 이를 바탕으로 하여 ABM-CBM 배지를 이용하여 연골세포를 연속적으로 배양하여 연골세포치료제를 제조하기 위해서는 passage2에서 최종제품을 생산하는 short-term culture 법을 확립이 필요하였다.
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In general, continuous culturing in monolayer culture in serum-mediated media results in dedifferentiation that results in the loss of chondrocyte characteristics after passages 4-5 (Benya and Shaffer, 1982; Schulze-Tanzil et al., 2002). As a result of comparing the expression rate of genes with GAPDH in the cellular characteristics of chondrocytes cultured in each medium in the passage (Fig. 5), the expression level of genes was almost decreased as the number of subcultures increased. Collagen type X, collagen type II, an activated functional marker, and aggrecan, and collagen type I, a dedifferentiated marker, also decreased in both media. . Likewise, in continuous monolayer culture in ABM-C medium, collagen type II synthesis ability was lost in passage 3 (Fig. 5). The chondrocyte culture using ABM-C was more activated than chondrocytes cultured in CI medium at passage 2. Expression of aggrecan, a marker of functional chondrocytes, was high. Based on this, it was necessary to establish a short-term culture method for producing final products in passage 2 in order to manufacture chondrocytes by continuously culturing chondrocytes using ABM-CBM medium.

[실시예 2] ABM-C 배지를 이용한 Short-term 연골세포배양
Insulin이 첨가되지 않은 ABM-C 배지의 경우도 insulin이 첨가된 CI배지 빠른 증식률을 보여 insulin이 첨가되지 않은 ABM-CBM을 이용하여 현재의 연골세포 배양방법과short-term culture방법을 비교 분석하였다. 연골조직을 일차배양, 이차배양, 삼차배양 방법으로 25, 75, 175㎠의 세포배양용기에 제조된 연골세포 배양액 내 W1의 증식효과를 비교하기 위하여 배지를 교환하며 연골세포 배양을 실시하였다. 채취된 연골조직을 collagenase를 이용하여 연골세포를 분리하여 25㎠의 세포용기 3개 접종하여 1차 배양을 실시한 후, 2차 배양은 75㎠의 세포배양용기, 3차 배양은 175㎠의 세포배양용기에서 각각 배양하여 수확되는 세포수를 측정하였다. 세포 배양용기 내 연골세포의 증식을 비교하기 위하여 배양용기 바닥면에 고정점을 잡아 세포수를 매일 관찰, 측정하였고 각 배양단계별로 마지막 배양일에 연골세포를 회수하여 세포수를 측정하여 cell growth graph를 작성하였다(도면 6a, 표 11). 이를 이용하여 연골세포의 doubling time을 계산하였다 (표 11). CI 배지의 P1, P2, P3 단계에서의 doubling time은 2.4, 4.8, 2.3 days였으며 ABM-CBM의 doubling time은 1.5, 2.0, 3.8 days로 passage2까지는 빠른 doubling time을 보였다. 배양단계가 늘어날수록 doubling time이 증가하는 추세를 보였다.
표 11. Insulin이 첨가되지 ABM-C 배지를 이용한 연골세포 증식 비교

Figure 112009500624033-pat00012

DMEM high-glucose를 이용한 연골세포배양방법과 동일하게 1차 배양은 25㎠의 세포용기 3개 접종하여 배양을 실시한 후, 2차 배양은 75㎠의 세포배양용기 5개, 3차 배양은 175㎠의 세포배양용기 6개에서 각각 배양하여 수확되는 세포수를 측정하였다(표 12). 총 배양일은 CI의 경우, 33일 소요된 반면, ABM-CBM은 26일 이였다. 그러나 W1이 첨가되지 않은 ABM-CBM 배지는 P3에서 수확된 연골세포가 3.93×107 cell로 4 vial 기준의 연골세포치료제를 제조할 수 없는 반면, W1이 함유된 CI배지 모두 P3에서 수확된 연골세포만 최소 4.8×107cells 이상 (4 vials 기준으로, > 1.2×107cells/vial)이 수확되었다 (표 12, 도면 6b).
표 12. DMEM 배지를 이용한 연골세포배양법과 동일한 ABM-C의 연골세포 증식비교
Figure 112009500624033-pat00013

ABM-CBM을 이용하여 연골세포를 short-term culture 방법의 효율성을 CI (DMEM) 배지를 이용하여 연골세포를 비교 배양하였다 (표 13, 도면 1). 두 배지 모두 1차 배양은 25㎠의 세포용기 3개 접종하여 배양을 실시한 후, 1차 배양에서 배양된 연골세포들 중 50%를 동결보관하고 나머지 50%의 연골세포를 최소 4.8×107cells 이상의 연골세포를 수확하기 위하여 ABM-C 배지는 2차 배양을 CI (DMEM) 배지는 2차 및 3차을 실시하였다. ABM-C 배지를 이용한 short-term 연골세포 배양은 2차 배양에서 5.26×107cells를 얻을 수 있었으나, CI (DMEM) 배지를 이용한 short-term 연골세포 배양은 2차 배양에서 4.8×107cells 이하인 1.34×107cells의 세포를 얻어 3차 배양을 실시하였다. 이와 같이, W1이 첨가되지 않은 ABM-C 배지를 이용하여 연골세포를 배양하여 CI (DMEM) 배지 보다 17일의 배양기간을 단축하였다 (도면 1).
표 13. ABM-C 배지를 이용한 short-term culture법
Figure 112009500624033-pat00014

[실시예 3] ABM-C 배지를 이용한 3차원 연골세포배양
ABM-C 배지를 이용하여 연골세포를 collagen sponge에 접종하여 TGF-b1과 BMP-2와 같은 세포성장인자의 유무에 따른 3차원 배양 가능여부를 확인하기 위하여 pore size가 50~100um되는 10mm×10mm×2mm 크기의 collagen sponge에 연골세포를 1.0×105 cells를 접종한 후, 표 14와 같은 배양 조건으로 20일 동안 배양하였다. Collagen sponge내 연골세포의 생존 및 배양여부를 확인하기 위하여 20일 동안 배양된 collagen sponge를 H&E 염색하여 현미경으로 관찰한 결과, ABM-C 배지를 이용하여 collagen sponge 내 연골세포의 3차원 배양가능성도 확인하였다 (도면 7).
표 14. collagen sponge내 연골세포의 배양조건
Figure 112009500624033-pat00015
Example 2 Short-term Chondrocyte Culture Using ABM-C Medium
Insulin-free ABM-C medium also showed rapid growth of CI medium supplemented with insulin, and compared with the current chondrocyte culture method and short-term culture method using ABM-CBM without insulin. To compare the proliferation effect of W1 in chondrocyte culture medium prepared in 25, 75, and 175 cm 2 cell culture vessels, the cartilage tissue was cultured by the primary culture, secondary culture, and tertiary culture. After chondrocytes were collected from collagen cells, the cartilage cells were isolated and inoculated with three 25 cm 2 cell containers, followed by primary culture. Secondary cultures had 75 cm 2 cell culture vessels and tertiary cultures had 175 cm 2 cell cultures. The number of cells harvested by culturing each in a container was measured. In order to compare the proliferation of chondrocytes in the cell culture vessel, a fixed point was placed on the bottom of the culture vessel, and the number of cells was observed and measured every day. Was prepared (Fig. 6a, Table 11). Using this, the doubling time of chondrocytes was calculated (Table 11). The doubling time at P1, P2, and P3 stages of CI medium was 2.4, 4.8, 2.3 days, and the doubling time of ABM-CBM was 1.5, 2.0, 3.8 days. As the culture stage increased, the doubling time increased.
Table 11. Comparison of Chondrocyte Proliferation Using ABM-C Medium Without Insulin
Figure 112009500624033-pat00012

In the same manner as in the chondrocyte culture method using DMEM high-glucose, the primary culture was inoculated with three 25 cm 2 cell containers, and the secondary culture was 75 cm 2 cell culture containers, and the tertiary culture was 175 cm 2. The number of cells harvested by culturing each of six cell culture vessels was measured (Table 12). Total culture days took 33 days for CI, whereas ABM-CBM was 26 days. However, in ABM-CBM medium without W1, the chondrocytes harvested from P3 were 3.93 × 10 7 cells, which could not be used to manufacture cartilage cell therapy based on 4 vial, whereas all of the CI medium containing W1 was harvested from P3. Only cells were harvested at least 4.8 × 10 7 cells or more (> 1.2 × 10 7 cells / vial, based on 4 vials) (Table 12, Figure 6b).
Table 12. Comparison of chondrocyte proliferation of ABM-C identical to chondrocyte culture using DMEM medium
Figure 112009500624033-pat00013

Chondrocytes were cultured using ABM-CBM and cultured chondrocytes using CI (DMEM) medium for the efficiency of the short-term culture method (Table 13, Figure 1). In both cultures, the primary culture was inoculated with three 25 cm 2 cell containers, followed by cryopreservation of 50% of the chondrocytes cultured in the primary culture and at least 4.8 × 10 7 cells for the remaining 50% of chondrocytes. In order to harvest the above chondrocytes, ABM-C medium was subjected to secondary culture and CI (DMEM) medium was subjected to secondary and tertiary. Short-term chondrocyte culture using ABM-C medium yielded 5.26 × 10 7 cells in the secondary culture, while short-term chondrocyte culture using CI (DMEM) medium was 4.8 × 10 7 cells in the secondary culture. Cells of 1.34 × 10 7 cells were obtained and subjected to tertiary culture. As such, chondrocytes were cultured using ABM-C medium to which W1 was not added, which shortened the culture period of 17 days from CI (DMEM) medium (FIG. 1).
Table 13. Short-term culture using ABM-C medium
Figure 112009500624033-pat00014

Example 3 Three-Dimensional Chondrocyte Culture Using ABM-C Medium
Inoculate chondrocytes into collagen sponge using ABM-C medium to determine whether three-dimensional culture is possible depending on the presence of cell growth factors such as TGF-b1 and BMP-2. Chondrocytes were inoculated into 1.0 × 10 5 cells in a collagen sponge having a size of 2 mm, and then cultured for 20 days under the culture conditions shown in Table 14. In order to confirm the survival and cultivation of chondrocytes in the collagen sponge, H & E staining of the collagen sponges cultured for 20 days was observed under a microscope, and the 3D cultureability of the chondrocytes in the collagen sponge was also confirmed using ABM-C medium. (Fig. 7).
Table 14. Culture conditions of chondrocytes in collagen sponge
Figure 112009500624033-pat00015

본 발명 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양배지 및 배양방법의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본원발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.Technical idea of the chondrocyte specific culture medium and culture method for the early culture of chondrocytes of the present invention can actually repeat the same results, in particular, by implementing the present invention can promote technology development and contribute to industrial development It is well worth protecting.

도1은 본 발명에 따른 short-term culture 방법과 현재 DMEM 배지를 이용하여 연골세포치료제 배양을 분석한 그래프.1 is a graph analyzing the chondrocyte treatment culture using the short-term culture method and the present DMEM medium according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 연골세포의 접종수별 세포배양배지의 연골세포 증식을 분석한 그래프로, 도 2a는 2,500 cells/㎠를, 도 2b는 5,000 cells/㎠를, 도2c는 10,000 cells/㎠를 접종하여 연골세포의 증식곡선.Figure 2 is a graph analyzing chondrocyte proliferation of the cell culture medium according to the inoculation number of chondrocytes according to the present invention, Figure 2a is 2,500 cells / ㎠, Figure 2b is 5,000 cells / ㎠, Figure 2c is 10,000 cells / ㎠ Inoculate the proliferation curve of chondrocytes.

도 3은 본 발명에 따른 각 배양단계별 세포배양용기내 연골세포의 증식을 분석한 그래프.Figure 3 is a graph analyzing the proliferation of chondrocytes in the cell culture vessel for each culture step according to the present invention.

도 4은 본 발명에 따른 각 배양단계별 연골세포의 분자생물학적 특성을 분석한 결과사진.Figure 4 is a photograph of the results of analyzing the molecular biological characteristics of chondrocytes for each culture step according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 각 배양단계별 연골세포의 분자생물학적 특성을 나타내는 유전자의 발현률 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 각 배지별에 대한 배양단계별 세포배양용기내 연골세포의 증식 곡선 도 6a 그래프와 현 제조방법 적용시 제조되는 전체 연골세포의 증식 곡선 도 6b 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 collagen sponge내 연골세포 배양 20일째의 H&E 염색사진.
Figure 5 is a graph of the expression rate of the gene showing the molecular biological characteristics of chondrocytes for each culture step according to the present invention.
6 is a graph showing the growth curves of chondrocytes in the cell culture vessels of each culture step for each medium according to the present invention.
Figure 7 is a H & E staining photograph of the chondrocyte culture day 20 in collagen sponge according to the present invention.

Claims (9)

Rosewel Park Memorial Institute (RPMI)-1640과 Dulbecco's modification of Eagle's medium (DMEM)을 1:1 비율로 혼합된 DR을 만들고, 상기 DR의 조성을 다시 DMEM과 RPMI-1640 배지와 비교하여 각 배지내 중복된 성분들은 높은 농도를 선택하는 동시에 둘 중 하나의 배지에만 들어 있는 성분들은 그 농도 그대로를 유지하고 같은 공급원인 성분들은 둘 중 택 1하여 Advanced Basic Media(ABM)-Chondrocyte (ABM-C) 배지를 조성하는 단계; 및Create a mixed DR of Rosewel Park Memorial Institute (RPMI) -1640 and Dulbecco's modification of Eagle's medium (DMEM) in a 1: 1 ratio, and compare the composition of the DR with DMEM and RPMI-1640 medium again to duplicate the components in each medium. They select high concentrations and at the same time maintain the same concentrations in one of the mediums and select one of the same sources to form the Advanced Basic Media (ABM) -Chondrocyte (ABM-C) medium. step; And 이후 상기 ABM-C 배지를 이용하여 연골세포를 배양하는 단계 또는 ABM-C 배지를 이용한 Short-term 연골세포를 배양하는 단계 또는 ABM-C 배지를 이용한 3차원 연골세포를 배양하는 단계 중에서 어느 하나의 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.Then, any one of the steps of culturing chondrocytes using the ABM-C medium, culturing short-term chondrocytes using ABM-C medium, or culturing three-dimensional chondrocytes using ABM-C medium. Chondrocyte specific culture method for early culturing chondrocytes, characterized in that consisting of a step. 제 1 청구항에 있어서,According to claim 1, 상기 ABM-C 배지를 이용하여 연골세포를 배양하는 단계에는,In the step of culturing chondrocytes using the ABM-C medium, 연골세포 분리단계와 1차, 2차, 3차 배양단계 및 배양배지에 따른 연골세포의 특성변화를 확인하는 단계;가 순차적으로 이루어짐을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.Chondrocyte separation step and the first, secondary, tertiary culture step and the step of confirming the characteristics change of chondrocytes according to the culture medium; chondrocyte specific culture method for the early chondrocyte culture characterized in that the sequence is made sequentially . 제 2 청구항에 있어서,According to claim 2, 상기 연골세포 분리단계는,The chondrocyte separation step, 채취된 연골조직을 50mL 원심분리튜브로 옮겨 10ug/mL Gentamycin이 들어 있는 HBSS (Hanks' Balanced Salt Solution) 25mL을 넣고 세게 수십회 흔들어 준 후 HBSS를 제거하여 채취된 연골 조직을 수세하는 단계;Transferring the collected cartilage tissue to a 50 mL centrifuge tube, adding 25 mL of HBSS (Hanks' Balanced Salt Solution) containing 10 ug / mL Gentamycin, shaking it several dozen times, and then washing the collected cartilage tissue by removing HBSS; 상기 과정을 6회 반복하고 수세된 연골조직을 petridish에 옮겨 담은 후 채취된 연골조직으로부터 뼈 조직을 제거하고 연골조직만 잘라내는 단계;Repeating the above procedure six times and transferring the washed cartilage tissue to petridish, removing bone tissue from the collected cartilage tissue and cutting only the cartilage tissue; 이어서 Petridish에 담긴 연골조직을 1-2mm의 크기로 자른 후 15mL 원심분리튜브로 옮겨 HBSS를 넣고 수십회 흔들어 준 후 원심분리하여 상층액을 제거하는 단계;Subsequently, the cartilage tissue contained in Petridish was cut to a size of 1-2 mm, transferred to a 15 mL centrifuge tube, placed in HBSS, shaken several times, and centrifuged to remove supernatant; 싱기한 수세과정을 3회 반복하고 침전된 연골조직을 0.1% 콜라게나제를 함유한 HBSS 용액에 부유한 후 25㎠ 세포배양용기에 넣고 37℃에서 16-18시간 정치시키는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.Repeating the flushing process three times and floating the precipitated cartilage tissue in HBSS solution containing 0.1% collagenase, and then placed in a 25cm2 cell culture vessel and allowed to stand for 16-18 hours at 37 ℃. Chondrocyte specific culture method for early culturing chondrocytes. 제 2 청구항에 있어서,According to claim 2, 상기 1차배양 단계는,The primary culture step, 0.1% 콜라게나제 용액에서 정치된 연골조직으로부터 분리된 연골세포를 40um 나일론망으로 걸러 새로운 15mL 원심분리튜브로 옮겨 원심분리하고 상층액을 제거한 후 20% FBS (Fetal Bovine Serum, 우태아혈청)을 함유하는 DMEM 또는 ABM 배지로 부유하는 단계;The chondrocytes isolated from the cartilage tissues that were left in the 0.1% collagenase solution were filtered through a 40 μm nylon network, transferred to a new 15 mL centrifuge tube, centrifuged, the supernatant was removed, and 20% FBS (Fetal Bovine Serum) was added. Suspended in DMEM or ABM medium containing; 이후 5ug/mL의 Gentamycin을 첨가하여 25㎠ 세포배양용기 1-3개에 나누어 37℃, 8% 이산화탄소 농도의 배양기에서 배양하는 단계;Thereafter, 5ug / mL of Gentamycin was added to divide 25 cm 2 -cell culture vessels 1-3 and incubated in a 37 ° C., 8% carbon dioxide incubator; 이어서 2-3일 마다 배양용기별로 20% FBS가 함유된 DMEM배지나 ABM배지 5mL로 배양액을 교환하며 9-11일간 배양하는 단계;가 포하됨을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.Subsequently, the culture medium was replaced with 5 mL of DMEM medium or ABM medium containing 20% FBS every 2-3 days, followed by culturing for 9-11 days; chondrocyte specific for chondrocyte culture. Cultivation method. 제 2 청구항에 있어서,According to claim 2, 상기 2차배양 단계는,The secondary culture step, 1차 계대배양 후, 배양 중 연골세포에 2-3일 마다 배양용기별로 10% FBS가 함유된 DMEM배지나 ABM배지 15mL로 배양액을 교환하며 5-7일간 배양하고, 배양용기에 90-100% confluence 세포성장이 관찰될 때 계대배양을 실시함을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.After primary subculture, incubate the chondrocytes in culture with 15 mL of DMEM medium or ABM medium containing 10% FBS every 2-3 days and culture for 5-7 days. A chondrocyte-specific culture method for chondrocyte early culture, characterized in that passage is performed when confluence cell growth is observed. 제 2 청구항에 있어서,According to claim 2, 상기 3차배양 단계는,The third culture step, 2차 계대배양 후, 배양 중 연골세포에 3-4일 마다 배양용기별로 10% FBS가 함유된 DMEM배지나 ABM배지 20mL로 배양액을 교환하여 9-11일간 배양하고, 배양용기에 90-100% confluence 세포성장이 관찰될 때 계대배양을 실시함을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.After the second subculture, the culture medium was replaced with DMEM medium or ABM medium containing 10% FBS or 20 mL of ABM medium every 3-4 days in cultured cartilage cells for 9-11 days. A chondrocyte-specific culture method for chondrocyte early culture, characterized in that passage is performed when confluence cell growth is observed. 제 2 청구항에 있어서,According to claim 2, 상기 배양배지에 따른 연골세포의 특성변화를 확인하는 단계는,Checking the characteristic change of chondrocytes according to the culture medium, FBS가 첨가된 ABM에서 배양된 연골세포의 특성 변화를 확인하기 위하여 FBS가 첨가된 DMEM 배지에서 배양된 연골세포와 비교하고, 배양배지별 배양단계로 배양된 세포의 분자생물학적 수준의 gene 발현을 확인함을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.In order to confirm the change in the characteristics of chondrocytes cultured in ABM added with FBS, it was compared with the chondrocytes cultured in DMEM medium with FBS, and confirmed the gene expression of the molecular biological level of the cells cultured by the culture step for each culture medium. Cartilage cell-specific culture method for the early culture of chondrocytes characterized in that. 제 1 청구항에 있어서,According to claim 1, 상기 ABM-C 배지를 이용한 Short-term 연골세포를 배양하는 단계는,The step of culturing the short-term chondrocytes using the ABM-C medium, 연골조직을 일차배양, 이차배양, 삼차배양 방법으로 25, 75, 175㎠의 세포배양용기에 제조된 연골세포 배양액 내 W1의 증식효과를 비교하기 위하여 배지를 교환하며 연골세포 배양을 실시하는 단계;Performing cartilage cell culture by exchanging medium to compare the proliferative effect of W1 in chondrocyte culture medium prepared in 25, 75, and 175 cm 2 cell culture containers by primary, secondary and tertiary culture methods of cartilage tissue; 이후 채취된 연골조직을 collagenase를 이용하여 연골세포를 분리하여 25㎠의 세포용기 3개 접종하여 1차 배양을 실시한 후, 2차 배양은 75㎠의 세포배양용기, 3차 배양은 175㎠의 세포배양용기에서 각각 배양하여 수확되는 세포수를 측정하는 단계;After that, cartilage tissues were collected using collagenase to separate chondrocytes and inoculated with three 25 cm 2 cell vessels, followed by primary culture. Secondary cultures had 75 cm 2 cell culture vessels and tertiary cultures had 175 cm 2 cells. Measuring the number of cells harvested by culturing each in a culture vessel; 이어서 세포 배양용기 내 연골세포의 증식을 비교하기 위하여 배양용기 바닥면에 고정점을 잡아 세포수를 매일 관찰, 측정하였고 각 배양단계별로 마지막 배양일에 연골세포를 회수하여 세포수를 측정하여 cell growth graph를 작성하는 단계;가 포하됨을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.In order to compare the proliferation of chondrocytes in the cell culture vessel, a fixed point was placed on the bottom of the culture vessel to observe and measure the number of cells every day. Creating a graph; Cartilage cell-specific culture method for early culturing chondrocytes characterized in that it contains. 제 1 청구항에 있어서,According to claim 1, 상기 ABM-C 배지를 이용한 3차원 연골세포를 배양하는 단계는,Cultivating three-dimensional chondrocytes using the ABM-C medium, ABM-C 배지를 이용하여 연골세포를 collagen sponge에 접종하여 TGF-b1과 BMP-2와 같은 세포성장인자의 유무에 따른 3차원 배양 가능여부를 확인하기 위하여 pore size가 50~100um되는 10mm×10mm×2mm 크기의 collagen sponge에 연골세포를 1.0×105 cells를 접종한 후 배양하는 단계; 및Inoculate chondrocytes into collagen sponge using ABM-C medium to determine whether three-dimensional culture is possible depending on the presence of cell growth factors such as TGF-b1 and BMP-2. Inoculating the chondrocytes into 1.0 × 10 5 cells in a collagen sponge having a size of 2 mm and culturing them; And Collagen sponge내 연골세포의 생존 및 배양여부를 확인하기 위하여 20일 동안 배양된 collagen sponge를 H&E 염색하여 현미경으로 관찰한 결과 ABM-C 배지를 이용하여 collagen sponge 내 연골세포를 3차원으로 배양하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 연골세포 조기배양을 위한 연골세포 특이적 배양방법.Culturing the chondrocytes in the collagen sponge in three dimensions using ABM-C medium as a result of H & E staining and microscopic observation of the collagen sponges cultured for 20 days to confirm the survival and culture of the chondrocytes in the collagen sponge; Cartilage cell-specific culture method for early culturing chondrocytes characterized in that it comprises.
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