KR101280911B1 - Process for the differentiation of adult stem cells to chondrocytes or osteocytes using tauroursodeoxycholic acid - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타우로우루소데옥시콜릭산을 포함하는 연골세포 또는 골세포 분화용 배지 중에서, 성체줄기세포를 배양하는 것을 포함하는, 성체줄기세포의 연골세포 또는 골세포로의 분화방법을 제공한다. 본 발명에 따른 분화방법은 성체줄기세포의 골세포 또는 연골세포로의 분화에는 유의성 있는 영향을 미치지 않으면서 지방세포로의 분화를 선택적으로 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 분화방법은 지방세포의 오염가능성을 최소화하면서, 성체줄기세포를 골세포 또는 연골세포로 순수하게 분화시킬 수 있어, 세포치료용 골세포, 연골세포 제조에 유용하게 활용될 수 있다.The present invention provides a method for differentiating adult stem cells into chondrocytes or bone cells, comprising culturing adult stem cells in chondrocytes or osteocytic differentiation medium containing tauurusodeoxycholic acid. The differentiation method according to the present invention can selectively inhibit differentiation into adipocytes without significantly affecting the differentiation of adult stem cells into osteocytes or chondrocytes. Therefore, the differentiation method according to the present invention can differentiate adult stem cells into bone cells or chondrocytes purely, while minimizing the possibility of contamination of adipocytes, and thus can be usefully used for the production of bone cells and chondrocytes for cell therapy. have.

Description

타우로우루소데옥시콜릭산을 이용한 성체줄기세포의 연골세포 또는 골세포로의 분화방법{Process for the differentiation of adult stem cells to chondrocytes or osteocytes using tauroursodeoxycholic acid}Process for the differentiation of adult stem cells to chondrocytes or osteocytes using tauroursodeoxycholic acid}

본 발명은 타우로우루소데옥시콜릭산을 이용한 성체줄기세포의 연골세포 또는 골세포로의 분화방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 타우로우루소데옥시콜릭산의 존재하에서 성체줄기세포의 분화를 유도함으로써, 선택적으로 지방세포로의 분화를 억제하면서 성체줄기세포를 골세포 또는 연골세포로 순수하게 분화시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of differentiating adult stem cells to chondrocytes or bone cells using taurusodeoxycholic acid. More specifically, the present invention induces the differentiation of adult stem cells in the presence of taurusodeoxycholic acid, thereby purely differentiating adult stem cells into osteocytes or chondrocytes while selectively inhibiting differentiation into adipocytes. It is about a method.

관절 연골은 관절면으로부터 깊이에 따라 구조와 구성요소가 다양하며 천층, 중간층, 심층, 석회층으로 구성되어 있는 결합조직의 특수한 형태로 세포외 기질이 단단하여 물리적인 힘에 의해 손상을 받지 않도록 하는데 중요한 역할을 한다. 관절연골 조직은 노화에 따라 연골 두께와 연골세포 수의 감소 이외에 기질의 구성변화가 초래되며, 또한 연골세포의 기능에도 변화가 유발된다. 사람에게 가장 빈번하게 유발되는 퇴행성 질환 중 하나인 골관절염의 유발요인으로 노화 현상이 중요하게 생각되고 있다(Bobacz K et al, Ann Rheum Dis, 63(12), pp.1618-1622, 2004). 또한, 특이하게 관절 연골은 혈관, 신경 및 임파 조직이 없으므로 손상 후 스스로 재생이 불가능한 조직이다(Brittberg M et al, New England Journal of Medicine, 331, pp. 889-895, 1994). 현재 다양한 의공학적 접근방법으로 퇴행관절 연골질환을 치료하려는 노력이 진행되고 있으나, 정상적인 연골조직재생에는 아직까지 많은 한계점이 있다. Articular cartilage is a special form of connective tissue consisting of a thousand layers, intermediate layers, deep layers, and lime layers that vary in depth from the joint surface, and is important for preventing extracellular matrix from being damaged by physical force. Play a role. Articular cartilage tissue causes constitutive changes of the matrix in addition to the reduction of cartilage thickness and the number of chondrocytes with aging, and also changes in the function of chondrocytes. Aging is considered to be an important cause of osteoarthritis, one of the most common degenerative diseases in humans (Bobacz K et al, Ann Rheum Dis, 63 (12), pp. 1618-1622, 2004). In addition, articular cartilage is a tissue that is unable to regenerate itself after injury due to the absence of blood vessels, nerves and lymphoid tissues (Brittberg M et al, New England Journal of Medicine, 331, pp. 889-895, 1994). At present, efforts are being made to treat degenerative joint cartilage disease with various medical approaches, but there are still many limitations in normal cartilage tissue regeneration.

자가 연골세포 이식법에 의한 연골조직의 재생이 최근 시도되어 임상적으로 매우 효과적인 수술법으로 알려지고 있으나, 연골의 광범위한 손상 부위에는 사용할 수 없으며, 또한 관절 연골의 손상 위치, 환자의 나이 등에 따라 제한점을 가지고 있다. 연골세포는 이미 분화된 세포로서 조직 내에서 세포 분열이 왕성하지 않지만, 분리 후 체외에서 단층배양시 증식이 촉진되어 충분한 수의 연골세포를 얻을 수 있다. 그러나 필요로 하는 충분한 세포수를 얻기 위해 단층배양을 오랫동안 하게 되면 연골세포의 표현형이 감소하는 탈분화 현상이 일어날 뿐아니라, 연골세포의 비대화 현상(Hypertrophy)에 의해 생체내 이식시 석회화(calcification)된 조직이 형성되는 문제점이 있다(Fischer J et al. Arthritis & Rheumatism, 62(9), pp. 2696-2706, 2010). 또한, 퇴행성 관절염의 경우, 연골조직에서 얻어지는 세포가 노화되어 있어 연골세포의 대량 배양이 아주 어렵다. 이에 반해 줄기세포는 연골세포에 비해 단층배양에서 증식 속도가 빠르고, 나이가 많은 사람으로부터 얻어진 줄기세포도 유사분열 능력과 생합성 활성이 뛰어나 줄기세포를 이용한 연골 재생에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다.The regeneration of cartilage tissue by autologous chondrocyte transplantation has been recently tried and is known to be a clinically effective surgical method. However, it cannot be used for a wide range of cartilage injuries. have. Chondrocytes are already differentiated cells and do not have strong cell division in tissues, but proliferation is promoted during monolayer culture in vitro after separation, thereby obtaining a sufficient number of chondrocytes. However, prolonged monolayer culture in order to obtain sufficient cell numbers, not only causes the dedifferentiation of chondrocytes to be reduced, but also the tissues calcified during transplantation in vivo by hypertrophy of chondrocytes. There is a problem in this formation (Fischer J et al. Arthritis & Rheumatism, 62 (9), pp. 2696-2706, 2010). In addition, in the case of degenerative arthritis, the cells obtained from the chondrocytes are aged, and thus, mass culture of the chondrocytes is very difficult. On the other hand, stem cells have a faster growth rate in monolayer culture than chondrocytes, and stem cells obtained from older people are also actively studied for cartilage regeneration using stem cells because they have excellent mitotic ability and biosynthetic activity.

또한, 골세포는 연골세포와 마찬가지로 이미 분화된 세포로서 분화유도 과정후 순수하게 분리하기가 어렵다는 제한점을 갖는다. 보다 더 효과적인 골세포의 분화 및 골조직의 재생을 위해서는 골세포와 함께 골 전구세포를 이용하는 것이 효과적일 것으로 보고되고 있다(Chung CP et al. J Controlled Release 12;51(2-3) 1998). 따라서 지방-유래 줄기세포 등을 포함한 성체줄기세포를 골세포로 분화시키기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. In addition, osteoblasts, like chondrocytes, are already differentiated cells and have a limitation in that they are difficult to purely separate after the differentiation induction process. It is reported that the use of bone progenitor cells together with bone cells is effective for differentiation of bone cells and regeneration of bone tissues (Chung CP et al. J Controlled Release 12; 51 (2-3) 1998). Therefore, various studies have been conducted to differentiate adult stem cells, including adipose derived stem cells, into osteocytes.

한편, 지방-유래 줄기세포 등을 포함한 성체줄기세포는, 배아줄기세포에 일반적으로 문제가 되는 암화나 윤리적인 문제를 극복할 수 있으며, 지방세포, 골아세포, 연골세포, 심장세포, 근육세포 및 신경세포 등 다양한 세포로의 분화가 가능하여 세포치료의 세포원으로서 주목을 받고 있다(Park JS et al. Biomaterials, 32(1), pp. 28-38, 2011, Shetty P et al. Asian J Transfus Sci, 4(1), pp. 14-24, 2010, 및 Kume S et al. J Bone Miner Res, 20(9), pp. 1647-58, 2005). 하지만, 성체줄기세포의 효율적인 대량 분화 기술이 아직 확립되어 있지 않아, 실제 임상 및 산업적 이용에 커다란 한계점으로 인식되고 있다. 예들 들어, 관절연골 손상 치유를 위해서는 생체 내 및 실험실 내에서 줄기세포를 다량의 연골세포주로 분화시킬 수 있는 효율적 분화유도기술 개발은 필수적이다. On the other hand, adult stem cells, including adipose-derived stem cells, can overcome the cancer or ethical problems that are generally problematic for embryonic stem cells, fat cells, osteoblasts, chondrocytes, heart cells, muscle cells and It is attracting attention as a cell source for cell therapy because it can differentiate into various cells such as neurons (Park JS et al. Biomaterials, 32 (1), pp. 28-38, 2011, Shetty P et al. Asian J Transfus) Sci, 4 (1), pp. 14-24, 2010, and Kume S et al. J Bone Miner Res, 20 (9), pp. 1647-58, 2005). However, the efficient mass differentiation technology of adult stem cells has not yet been established, it is recognized as a major limitation in actual clinical and industrial use. For example, in order to heal articular cartilage damage, it is essential to develop an efficient differentiation induction technique that can differentiate stem cells into a large amount of chondrocytes in vivo and in a laboratory.

성체줄기세포로는 윤활막, 제대혈, 골수 또는 지방조직 유래의 줄기세포 등을 포함한 다양한 성체줄기세포가 알려져 있으나, 골세포 또는 연골세포로의 분화를 위해서는 주로 골수 유래의 중간엽 줄기세포를 이용하여 왔다. 그러나 지방조직 유래의 줄기세포(통상 '지방-유래 중간엽 줄기세포' 또는 '지방-유래 줄기세포'로 칭해진다)는 지방흡입술 등을 통하여 쉽게 또한 많은 양을 한번에 얻을 수 있다는 점에서 유리하기 때문에, 많은 연구자들이 지방-유래 줄기세포를 골세포 또는 연골세포로 분화시키기 위한 연구를 수행하고 있다. 그러나 2006년 Kern 등은 지방-유래 줄기세포가 연골이나 골조직보다 지방조직을 형성하려는 경향이 강하다는 것을 보고한 바 있고(Kern S et al. Stem Cells, 24(5), pp. 1294-1301, 2005 및 Im GI et al. Osteoarthritis Cartilage, 13(10), pp. 845-853, 2005), 골수에 비하여 지방-유래 줄기세포는 연골세포로의 분화능이 떨어지는 것이 문제점으로 지적되고 있다(Im GI et al. Osteoarthritis Cartilage, 13(10), pp. 845-853, 2005; Rebelatto CK et al. Exp Biol Med, 233(7), pp. 901-913, 2008; 및 Bioback K et al. Biomed Mater Eng, 18(1) pp. 71-76, 2008). 지방-유래 줄기세포의 지방세포로의 분화는 지방-유래 줄기세포의 전구세포로 분화, 전구세포의 증식, 전구세포의 지방세포분화 과정을 거치게 되며, 분화과정 중에 PPAR-γ(peroxisome-activated receptor γ)와 같은 지방세포의 전사인자들이 활성화되는 것으로 알려져 있다.Adult stem cells are known as various adult stem cells including lubricous membranes, umbilical cord blood, stem cells derived from bone marrow or adipose tissue. However, mesenchymal stem cells derived from bone marrow have been mainly used for differentiation into bone cells or chondrocytes. . However, stem cells derived from adipose tissue (commonly referred to as 'fat-derived mesenchymal stem cells' or 'fat-derived stem cells') are advantageous in that they can be easily and largely obtained through liposuction and the like. Many researchers are working to differentiate adipose derived stem cells into osteocytes or chondrocytes. However, in 2006, Kern et al. Reported that adipose-derived stem cells tended to form adipose tissue rather than cartilage or bone tissue (Kern S et al. Stem Cells, 24 (5), pp. 1294-1301, 2005 and Im GI et al. Osteoarthritis Cartilage, 13 (10), pp. 845-853, 2005), compared with bone marrow, it is pointed out that adipose-derived stem cells have a poor ability to differentiate into chondrocytes (Im GI et. Osteoarthritis Cartilage, 13 (10), pp. 845-853, 2005; Rebelatto CK et al.Exp Biol Med, 233 (7), pp. 901-913, 2008; and Bioback K et al. Biomed Mater Eng, 18 (1) pp. 71-76, 2008). Differentiation of adipose-derived stem cells into adipocytes undergoes differentiation into progenitor cells of adipose-derived stem cells, proliferation of progenitor cells, and adipocyte differentiation of progenitor cells, and during the differentiation process, peroxisome-activated receptor γ It is known that transcription factors of fat cells such as) are activated.

본 발명자들은 지방조직으로의 분화를 최소화하면서, 지방-유래 줄기세포를 골세포 또는 연골세포로 순수하게 분화시킬 수 있는 분화방법을 개발하기 위하여 다양한 연구를 수행하였다. 그 결과, 놀랍게도 담즙산의 일종인 타우로우루소데옥시콜릭산(tauroursodeoxycholic acid)이 지방-유래 줄기세포와 같은 성체줄기세포의 골세포 또는 연골세포의 분화에 영향을 미치지 않으면서, 지방세포로의 분화를 선택적으로 억제한다는 것을 발견하였다.The present inventors conducted various studies to develop a differentiation method capable of purely differentiating adipose derived stem cells into osteocytes or chondrocytes while minimizing differentiation into adipose tissue. As a result, surprisingly, tauroursodeoxycholic acid, a type of bile acid, does not affect the differentiation of adult stem cells, such as fat-derived stem cells, into osteoblasts or chondrocytes, but differentiates them into adipocytes. It was found to selectively inhibit.

따라서, 본 발명은 타우로우루소데옥시콜릭산의 존재하에서 성체줄기세포의 분화를 유도함으로써, 선택적으로 지방세포로의 분화를 억제하면서 성체줄기세포를 골세포 또는 연골세포로 순수하게 분화시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a method of purely differentiating adult stem cells into bone cells or chondrocytes by inducing differentiation of adult stem cells in the presence of taurusodeoxycholic acid, and selectively inhibiting differentiation into adipocytes. It aims to do it.

본 발명의 일 태양에 따라, 타우로우루소데옥시콜릭산을 포함하는 연골세포 분화용 배지 중에서, 성체줄기세포를 배양하는 것을 포함하는, 성체줄기세포의 연골세포로의 분화방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for differentiating adult stem cells into chondrocytes, the method comprising culturing adult stem cells, in a medium for chondrocyte differentiation comprising tauurusodeoxycholic acid.

본 발명의 다른 태양에 따라, 타우로우루소데옥시콜릭산을 포함하는 골세포 분화용 배지 중에서, 성체줄기세포를 배양하는 것을 포함하는, 성체줄기세포의 골세포로의 분화방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for differentiating adult stem cells into bone cells, comprising culturing adult stem cells, in a medium for osteoblast differentiation comprising taurousodeoxycholic acid.

본 발명의 분화방법에 있어서, 상기 성체줄기세포는 바람직하게는 지방-유래 줄기세포일 수 있으며, 상기 타우로우루소데옥시콜릭산의 농도는 5∼500 μM의 범위일 수 있다. In the differentiation method of the present invention, the adult stem cells may be preferably adipose-derived stem cells, the concentration of taurousodeoxycholic acid may be in the range of 5 to 500 μM.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 연골세포 분화용 배지는 타우로우루소데옥시콜릭산, TGF-β1, 덱사메타손, 아스코르브산, 인슐린, 트랜스페린, 및 셀레늄염을 포함하는 DMEM 배지; 더욱 바람직하게는 타우로우루소데옥시콜릭산 50∼150 ㎍/mL, TGF-β1 5∼20 ng/mL, 덱사메타손 50∼200 nM, 아스코르브산 10∼100 ㎍/mL, 인슐린 0.001∼1 mg/mL, 트랜스페린 0.055∼500 mg/mL, 및 셀레늄염 500∼670 ㎍/mL을 포함하는 DMEM 배지일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the chondrocyte differentiation medium is DMEM medium containing taurusodeoxycholic acid, TGF-β1, dexamethasone, ascorbic acid, insulin, transferrin, and selenium salt; More preferably, Taururusodeoxycholic acid 50-150 μg / mL, TGF-β1 5-20 ng / mL, dexamethasone 50-200 nM, ascorbic acid 10-100 μg / mL, insulin 0.001-1 mg / mL , DMEM medium containing 0.055 to 500 mg / mL transferrin, and 500 to 670 μg / mL selenium salt.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 골세포 분화용 배지는 타우로우루소데옥시콜릭산, 덱사메타손, 아스코르브산, L-알라닐-L-글루타민, 및 글리세롤 2-포스페이트를 포함하는 DMEM 배지; 더욱 바람직하게는 타우로우루소데옥시콜릭산 50∼150 ㎍/mL, 덱사메타손 50∼200 nM, 아스코르브산 10∼100 ㎍/mL, L-알라닐-L-글루타민 50∼200 nM, 및 글리세롤 2-포스페이트 5∼20 mM을 포함하는 DMEM 배지일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the osteoblast differentiation medium is a DMEM medium comprising tauurosodeoxycholic acid, dexamethasone, ascorbic acid, L-alanyl-L-glutamine, and glycerol 2-phosphate; More preferably, Taururusodeoxycholic acid 50-150 μg / mL, dexamethasone 50-200 nM, ascorbic acid 10-100 μg / mL, L-alanyl-L-glutamine 50-200 nM, and glycerol 2- DMEM medium containing phosphate 5-20 mM.

본 발명에 따른 분화방법은 타우로우루소데옥시콜릭산의 존재하에서 성체줄기세포의 분화를 유도함으로써, 성체줄기세포의 골세포 또는 연골세포로의 분화에는 유의성 있는 영향을 미치지 않으면서 지방세포로의 분화를 선택적으로 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 분화방법은 지방세포의 오염가능성을 최소화하면서, 성체줄기세포를 골세포 또는 연골세포로 순수하게 분화시킬 수 있어, 세포치료용 골세포, 연골세포 제조에 유용하게 활용될 수 있다. The differentiation method according to the present invention induces the differentiation of adult stem cells in the presence of taurousodeoxycholic acid, thereby differentiating into adult cells without significantly affecting the differentiation of adult stem cells into osteocytes or chondrocytes. Can be selectively suppressed. Therefore, the differentiation method according to the present invention can differentiate adult stem cells into bone cells or chondrocytes purely, while minimizing the possibility of contamination of adipocytes, and thus can be usefully used for the production of bone cells and chondrocytes for cell therapy. have.

도 1은 타우로우루소데옥시콜릭산(TUDCA) 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 세포 증식률 및 생존율을 평가한 결과를 나타낸다. 도 1의 상단은 TUDCA 미처리(0) 그룹과 TUDCA 처리(50, 100, 150 μM) 그룹에서 3일 동안 세포증식률로 확인한 결과이며(n=3, p>0.01), 도 1의 하단은 Live/Dead assay을 통해 살아있는 세포(녹색)와 죽은 세포(적색)를 나타낸 결과이다(Scale bar=100 ㎛).
도 2는 TUDCA 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 골세포, 연골세포, 지방세포 관련 마커 유전자 발현 양상을 RT-PCR로 측정한 결과를 나타낸다. Runx2, Col Ⅰ과 ALP는 골세포 분화 마커 유전자를 나타내고, ColⅡ와 Agg은 연골세포 분화 마커 유전자를 나타내며, PPARγ는 지방세포 분화 마커 유전자를 나타낸다. GAPDH는 대조 유전자이다.
도 3은 TUDCA 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 지방세포 분화 억제 활성을 평가한 결과를 나타낸다. 도 3의 A는 증식단계(Proliferation phase)와 지방세포 분화단계(Differentiation phase)를 나누어 배양한 방법을 나타낸 모식도이다. 도 3의 B는 각 군의 세포에 Oil red O 염색을 통해서 지질적하(Lipid drop)을 측정한 결과이다(Scale bar=100 ㎛). 도 3의 C는 Oil red O 추출 정량법을 이용해서 생성된 지질적하에 대한 정량분석을 수행한 결과이다 (n=3, *,p<0.01). 도 3의 D는 지방세포 분화 마커 유전자인 GPDH와 PPARγ의 RT-PCR 결과이다.
도 4는 TUDCA 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 골세포 분화를 평가한 결과를 나타낸다. 도 4의 A는 각 실험 그룹에서 3일과 7일차의 알칼라인 포스파타아제(Alkaline Phosphatase, ALP)의 활성을 측정한 결과이다(n=3, *,p<0.01). 도 4의 B는 각 그룹의 골세포 분화 정도를 RT-PCR을 수행하여 마커 유전자인 OCN, ColⅠ과 ALP의 발현을 측정한 결과이다(n=4). 도 4의 C는 각 그룹에서 얻어진 세포를 von Kossa 염색법으로 칼슘염(Calcium salt) 침착정도를 평가한 결과이다(Scale bar=100 ㎛). 도 4의 D는 각 그룹에서 얻어진 세포의 칼슘침착 정도를 정량한 결과이다(n=4, p>0.01).
도 5는 TUDCA 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 연골세포 분화를 평가한 결과를 나타낸다. 도 5의 A는 각 그룹에서 얻어진 세포를 Alcian blue 염색법으로 글라이코스아미노글리칸 매트릭스(Glycosaminoglycan(GAG) matrix)를 측정한 결과이다(Scale bar=100 ㎛). 도 5의 B는 각 그룹의 GAG Matrix를 Alcian blue 추출 정량법을 통해서 정량한 결과이다(n=3, p>0.01), 도 5의 C는 각 그룹의 연골세포 분화 정도를 RT-PCR을 수행하여 마커 유전자인 Col I, ColⅡ, Agg의 발현을 측정한 결과이다.
Figure 1 shows the results of evaluating the cell proliferation rate and survival rate of human adipose-derived stem cells according to Taururusodeoxycholic acid (TUDCA) treatment. The upper part of FIG. 1 is the result of cell proliferation for 3 days in the TUDCA untreated (0) group and the TUDCA treated (50, 100, 150 μM) group (n = 3, p > 0.01). The dead assay shows live cells (green) and dead cells (red) (Scale bar = 100 μm).
Figure 2 shows the results of measuring the gene expression pattern of bone cells, chondrocytes, adipocytes-related marker genes of human adipose derived stem cells following TUDCA treatment by RT-PCR. Runx2, Col I and ALP represent osteoblast differentiation marker genes, ColII and Agg represent chondrocyte differentiation marker genes, and PPARγ represents adipocyte differentiation marker genes. GAPDH is a control gene.
3 shows the results of evaluating the adipocyte differentiation inhibitory activity of human adipose derived stem cells following TUDCA treatment. FIG. 3A is a schematic diagram showing a method of dividing and culturing a proliferation phase and an adipocyte differentiation phase. Figure 3 B is the result of measuring the lipid drop (Lipid drop) through the oil red O staining on the cells of each group (Scale bar = 100 ㎛). 3C shows the results of quantitative analysis of lipid loading generated using Oil red O extraction quantification method (n = 3, *, p <0.01). 3D shows the RT-PCR results of the adipocyte differentiation marker genes GPDH and PPARγ.
Figure 4 shows the results of evaluating osteoblast differentiation of human adipose derived stem cells following TUDCA treatment. 4A shows the results of measuring the activity of alkaline phosphatase (Alkaline Phosphatase, ALP) on days 3 and 7 in each experimental group (n = 3, *, p <0.01). 4B is a result of measuring the expression of marker genes OCN, Col I and ALP by performing RT-PCR on osteoblast differentiation of each group (n = 4). 4C is a result of evaluating the degree of calcium salt deposition of cells obtained from each group by von Kossa staining (Scale bar = 100 μm). 4D is a result of quantifying the degree of calcium deposition of cells obtained in each group (n = 4, p > 0.01).
Figure 5 shows the results of evaluating chondrocyte differentiation of human adipose derived stem cells following TUDCA treatment. 5A is a result of measuring the glycosaminoglycan (GAG) matrix of cells obtained from each group by Alcian blue staining (Scale bar = 100 μm). 5B shows the results of quantifying the GAG Matrix of each group through Alcian blue extraction quantification method (n = 3, p > 0.01), and FIG. 5C shows the degree of chondrocyte differentiation of each group by RT-PCR. Expression of the marker genes Col I, Col II and Agg was measured.

본 발명은 타우로우루소데옥시콜릭산을 포함하는 연골세포 분화용 배지 중에서, 성체줄기세포를 배양하는 것을 포함하는, 성체줄기세포의 연골세포로의 분화방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 타우로우루소데옥시콜릭산을 포함하는 골세포 분화용 배지 중에서, 성체줄기세포를 배양하는 것을 포함하는, 성체줄기세포의 골세포로의 분화방법을 제공한다.The present invention provides a method for differentiating adult stem cells into chondrocytes, comprising culturing adult stem cells in chondrocyte differentiation medium containing tauurusodeoxycholic acid. The present invention also provides a method for differentiating adult stem cells into osteoblasts, comprising culturing adult stem cells in osteoblast differentiation medium containing tauurusodeoxycholic acid.

타우로우루소데옥시콜릭산(tauroursodeoxycholic acid)은 담즙산의 일종으로 콜레스테롤을 전구체로 하여 간으로부터 생성된다. 타우로우루소데옥시콜릭산은 당뇨 쥐의 췌도 세포를 재생시키는 것으로 보고된 바 있으며, 심근경색에 의해 유발되는 심근세포의 사멸을 억제함으로써 심근세포를 보호하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 타우로우루소데옥시콜릭산이 성체줄기세포의 분화와 관련될 수 있다는 것은 아직까지 보고된 바 없다.Tauroursodeoxycholic acid is a bile acid produced by the liver with cholesterol as a precursor. Taururusodeoxycholic acid has been reported to regenerate islet cells of diabetic rats and is known to protect cardiomyocytes by inhibiting the death of cardiomyocytes induced by myocardial infarction. However, it has not been reported that taurusodeoxycholic acid may be associated with the differentiation of adult stem cells.

본 발명에 의해, 타우로우루소데옥시콜릭산이 성체줄기세포의 골세포 또는 연골세포로의 분화에는 유의성 있는 영향을 미치지 않으면서, 지방세포로의 분화를 선택적으로 억제할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에 따른 분화방법은 지방세포의 오염가능성을 최소화하면서, 성체줄기세포를 골세포 또는 연골세포로 순수하게 분화시킬 수 있어, 세포치료용 골세포, 연골세포 제조에 유용하게 활용될 수 있다. According to the present invention, it has been found that taurorusodeoxycholic acid can selectively inhibit differentiation into adipocytes without significantly affecting the differentiation of adult stem cells into osteocytes or chondrocytes. Therefore, the differentiation method according to the present invention can differentiate adult stem cells into bone cells or chondrocytes purely, while minimizing the possibility of contamination of adipocytes, and thus can be usefully used for the production of bone cells and chondrocytes for cell therapy. have.

본 발명의 분화방법에 있어서, 상기 성체줄기세포는 윤활막, 제대혈, 골수, 태반, 치조골, 지방(지방조직) 등 다양한 기원을 가진 줄기세포일 수 있으며, 바람직하게는 지방-유래 줄기세포일 수 있다. 특히, 지방-유래 줄기세포는 지방조직을 형성하려는 경향이 강하다고 보고되어 있어(Kern S et al. Stem Cells, 24(5), pp. 1294-1301, 2005 및 Im GI et al. Osteoarthritis Cartilage, 13(10), pp. 845-853, 2005), 본 발명에 따른 분화방법은 지방-유래 줄기세포를 연골세포나 골세포로 분화시키는데 유용하게 적용될 수 있다.In the differentiation method of the present invention, the adult stem cells may be stem cells having various origins such as synovial membrane, umbilical cord blood, bone marrow, placenta, alveolar bone, fat (fat tissue), preferably fat-derived stem cells. . In particular, adipose derived stem cells have been reported to have a strong tendency to form adipose tissue (Kern S et al. Stem Cells, 24 (5), pp. 1294-1301, 2005 and Im GI et al. Osteoarthritis Cartilage, 13 (10), pp. 845-853, 2005), the differentiation method according to the present invention can be usefully applied to differentiation of adipose derived stem cells into chondrocytes or bone cells.

본 발명의 분화방법에 있어서, 상기 타우로우루소데옥시콜릭산의 농도는 바람직하게는 5∼500 μM의 범위일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 50∼150 μM의 범위일 수 있다. In the differentiation method of the present invention, the concentration of taurousodeoxycholic acid may be in the range of 5 to 500 μM, more preferably in the range of 50 to 150 μM.

상기 연골세포 분화용 배지는 타우로우루소데옥시콜릭산을 포함하는 한, 특별히 제한되지 않으며, 종래에 알려져 있는 연골세포 분화용 배지를 사용할 수 있다(예를 들어, Rebelatto CK et al. Exp Biol Med, 233(7), pp. 901-913, 2008 등). 일 구현예에서, 본 발명의 분화방법에 사용되는 연골세포 분화용 배지는 타우로우루소데옥시콜릭산, TGF-β1, 덱사메타손, 아스코르브산, 인슐린, 트랜스페린, 및 셀레늄염을 포함하는 DMEM 배지; 더욱 바람직하게는 타우로우루소데옥시콜릭산 50∼150 ㎍/mL, TGF-β1 5∼20 ng/mL, 덱사메타손 50∼200 nM, 아스코르브산 10∼100 ㎍/mL, 인슐린 0.001∼1 mg/mL, 트랜스페린 0.055∼500 mg/mL, 및 셀레늄염 500∼670 ㎍/mL을 포함하는 DMEM 배지일 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 분화방법에 사용되는 연골세포 분화용 배지는 타우로우루소데옥시콜릭산 50 μM, TGF-β1 10 ng/mL, 덱사메타손 100 nM, 아스코르브산 50 ng/mL, 인슐린 1g/L, 트랜스페린 0.5 g/L, 및 셀레늄염 0.67 mg/L을 포함하는 DMEM 배지일 수 있다. 상기 인슐린, 트랜스페린, 및 셀레늄염은 상업적으로 시판되는 ITS (Gibco, USA)를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 연골세포 분화용 배지는 필요에 따라, 우태아혈청(FBS), 항생제을 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 약 10%의 FBS, 약 1% 페니실린-스트렙토마이신을 포함할 수 있다. The chondrocyte differentiation medium is not particularly limited as long as it contains tauurusodeoxycholic acid, and conventionally known chondrocyte differentiation medium may be used (for example, Rebelatto CK et al.Exp Biol Med). , 233 (7), pp. 901-913, 2008, etc.). In one embodiment, the medium for chondrocyte differentiation used in the differentiation method of the present invention is DMEM medium containing tauurosodeoxycholic acid, TGF-β1, dexamethasone, ascorbic acid, insulin, transferrin, and selenium salt; More preferably, Taururusodeoxycholic acid 50-150 μg / mL, TGF-β1 5-20 ng / mL, dexamethasone 50-200 nM, ascorbic acid 10-100 μg / mL, insulin 0.001-1 mg / mL , DMEM medium containing 0.055 to 500 mg / mL transferrin, and 500 to 670 μg / mL selenium salt. More specifically, the chondrocyte differentiation medium used in the differentiation method of the present invention is 50 μM of tauurosodeoxycholic acid, 10 ng / mL of TGF-β1, 100 nM of dexamethasone, 50 ng / mL of ascorbic acid, 1 g / insulin. DMEM medium containing L, transferrin 0.5 g / L, and 0.67 mg / L selenium salt. The insulin, transferrin, and selenium salts may use commercially available ITS (Gibco, USA). In addition, the chondrocyte differentiation medium may further include fetal calf serum (FBS) and antibiotics, if necessary, and may include, for example, about 10% FBS and about 1% penicillin-streptomycin. .

상기 골세포 분화용 배지는 타우로우루소데옥시콜릭산을 포함하는 한, 특별히 제한되지 않으며, 종래에 알려져 있는 골세포 분화용 배지를 사용할 수 있다(예를 들어, Cheng SL et al (1994), Endocrinology 134:277-286 등). 일 구현예에서, 본 발명의 분화방법에 사용되는 골세포 분화용 배지는 타우로우루소데옥시콜릭산, 덱사메타손, 아스코르브산, L-알라닐-L-글루타민, 및 글리세롤 2-포스페이트를 포함하는 DMEM 배지; 더욱 바람직하게는 타우로우루소데옥시콜릭산 50∼150 ㎍/mL, 덱사메타손 50∼200 nM, 아스코르브산 10∼100 ㎍/mL, L-알라닐-L-글루타민 50∼200 nM, 및 글리세롤 2-포스페이트 5∼20 mM을 포함하는 DMEM 배지일 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 분화방법에 사용되는 골세포 분화용 배지는 타우로우루소데옥시콜릭산 50 μM, TGF-β1 10 ng/mL, 덱사메타손 100 nM, 아스코르브산 50 ng/mL, L-알라닐-L-글루타민 200 mM, 및 글리세롤 2-포스페이트 10 mM을 포함하는 DMEM 배지일 수 있다. 상기 L-알라닐-L-글루타민은 상업적으로 시판되는 글루타맥스(Glutamax)(Invitrogen, USA)를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 골세포 분화용 배지는 필요에 따라, 우태아혈청(FBS), 항생제을 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 약 10%의 FBS, 약 1% 페니실린-스트렙토마이신을 포함할 수 있다. The osteoblast differentiation medium is not particularly limited as long as it contains tauurusodeoxycholic acid, and conventionally known osteoblast differentiation medium may be used (for example, Cheng SL et al (1994), Endocrinology 134: 277-286, etc.). In one embodiment, the medium for osteoblast differentiation used in the differentiation method of the present invention is DMEM comprising tauurosodeoxycholic acid, dexamethasone, ascorbic acid, L-alanyl-L-glutamine, and glycerol 2-phosphate badge; More preferably, Taururusodeoxycholic acid 50-150 μg / mL, dexamethasone 50-200 nM, ascorbic acid 10-100 μg / mL, L-alanyl-L-glutamine 50-200 nM, and glycerol 2- DMEM medium containing phosphate 5-20 mM. More specifically, the osteoblast differentiation medium used in the differentiation method of the present invention is 50 μM of tauurosodeoxycholic acid, 10 ng / mL of TGF-β1, 100 nM of dexamethasone, 50 ng / mL of ascorbic acid, L-Ala DMEM medium containing Neil-L-glutamine 200 mM, and 10 mM glycerol 2-phosphate. The L-alanyl-L- glutamine may be used commercially available Glutamax (Invitrogen, USA). In addition, the osteoblast differentiation medium may further include fetal calf serum (FBS) and antibiotics, if necessary, and may include, for example, about 10% FBS and about 1% penicillin-streptomycin. .

본 발명의 분화방법에 있어서, 상기 배양은 펠렛 배양 형태로 통상의 배양 플레이트 상에서 수행될 수 있으며, 예를 들어 37℃, 5% CO2의 조건에서 배양될 수 있다. 배양기간은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 약 3주간 동안 수행될 수 있다. 배양 완료 후, 연골세포 및 골세포는 펠렛 형태로 얻어지게 되며, 배지를 제거함으로써 분리할 수 있다.In the differentiation method of the present invention, the culture may be performed on a conventional culture plate in the form of pellet culture, for example, may be cultured at 37 ℃, 5% CO 2 conditions. The incubation period is not particularly limited, but may be performed, for example, for about three weeks. After completion of the culture, chondrocytes and osteoblasts are obtained in pellet form and can be separated by removing the medium.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1. 인간 지방-유래 줄기세포의 분리 및 배양Example 1. Isolation and Culture of Human Adipose-Derived Stem Cells

차의과학대학 부속병원의 윤리위원회의 허가 아래, 환자로부터 동의를 받고, 지방흡입(liposuction) 방법을 통하여 제거되어 버려지는 지방조직을 수거하였다. 오염된 혈액을 제거하기 위해, 얻어진 지방 조직을 (phosphate buffered saline, PBS)(Sigma, St. Louis, MO)를 이용하여 3회 세척하였다. 이어서 지방조직을 0.2 w/v% 소혈청알부민 함유 PBS와 2 mg/mL 타입 Ⅱ 콜라게네이즈(Sigma)로 45분 동안 37℃에서 소화시켰다. 70 ㎛ 필터로 여과하고, 여액을 원심분리한 후 부유하는 지방세포를 제거하였다. 분리된 지방-유래 줄기세포(ASCs)을 줄기세포 배양액[1% 페니실린-스트렙토마이신(Penicillin-Streptomycin)과 10%의 우태아혈청(FBS)(Invitrogen, USA)이 첨가된 Dulbecco's modified Eagle medium(DMEM, Gibco BRL,Gaithersburg, MD)]에서 37℃, 5% CO2 인큐베이터에서 배양하였다. 3회 또는 4회째 계대 배양된 세포를 다음 실험에서 사용하였다.
Under the permission of the Ethics Committee of the College of Medical Sciences, the College of Medicine, with the consent of the patient, the fat tissue was removed through liposuction. To remove contaminated blood, the resulting adipose tissue was washed three times using (phosphate buffered saline, PBS) (Sigma, St. Louis, MO). Adipose tissue was then digested with PBS containing 0.2 w / v% bovine albumin and 2 mg / mL type II collagenase (Sigma) for 45 minutes at 37 ° C. Filtration was performed with a 70 μm filter, and the filtrate was centrifuged to remove floating adipocytes. Isolated adipose-derived stem cells (ASCs) were collected from stem cell culture [1% Penicillin-Streptomycin] and Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) with 10% Fetal Bovine Serum (FBS) (Invitrogen, USA). , Gibco BRL, Gaithersburg, MD)] was incubated in 37 ℃, 5% CO 2 incubator. Cells passaged 3 or 4 were used in the next experiment.

실시예 2. 타우로우루소데옥시콜릭산 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 세포 증식률 및 생존율 평가 Example 2 Evaluation of Cell Proliferation and Survival Rate of Human Adipose-Derived Stem Cells Treated with Taururusodeoxycholic Acid

실시예 1에서 얻어진 인간 지방-유래 줄기세포를 1×104 cells/cm2의 밀도로 파종하고, 3일 동안 줄기세포 배양액[1% 페니실린-스트렙토마이신(Penicillin-Streptomycin)과 10%의 우태아혈청(FBS)(Invitrogen, USA)이 첨가된 Dulbecco's modified Eagle medium(DMEM, Gibco BRL,Gaithersburg, MD)]에 배양하였다. 이때 상기 줄기세포 배양액에 타우로우루소데옥시콜릭산(tauroursodeoxycholic acid, TUDCA)(Calbiochem, San Diego, CA)를 0, 50, 100, 150 μM 농도로 처리하여 세포 증식률을 평가하였다. 0, 1, 2, 3일 동안 배양된 농도별 각 그룹의 세포를 PBS로 1회 세척한 후, 줄기세포 배양액 1 mL에 현탁시킨 다음, Cell Counting Kit-8(CCK-8, Dojindo, Tokyo, Japan) 용액 100 μL를 첨가하여 2시간 동안 37℃에서 반응시켰다. 각 그룹의 배양액으로부터 100 μL를 취하여 96 웰 플레이트에 넣고, 샘플의 흡광도(Absorbance)를 ELISA plate reader(Power Wave X340; Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, VT)를 사용하여 450 nm 파장에서 측정하였다. 세포 증식률은 세포 증식시간 대비 흡광도의 비율(Absorbance/day)로 환산하였으며, 그 결과는 도 1(상단)과 같다. 도 1(상단)의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, TUDCA의 처리 농도는 0, 50, 100, 150 μM에서 각각 0.2045±0.0149, 0.2268±0.0221, 0.22443±0.01, 및 0.2257±0.0195의 값을 나타내었고, 통계적으로는 유의성을 나타내지 않았다 (n=3, p>0.01). 또한, 3일 동안 배양된 각 그룹을 Live/Dead assay를 통해서 세포 생존율을 확인하였다. 각 그룹을 PBS로 3회 세척하여 4 mM 칼세인 AM(calcein AM, Invitrogen 사)과 4 μM 에티디움 호모다이머(Ethidium Homodimer, EthD-1, Invitrogen 사)에 5분 동안 염색을 실시하고, 공초점 형광현미경(Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM)으로 살아있는 세포(녹색)와 죽은 세포(적색)를 관찰하였으며, 그 결과는 도 1(하단)과 같다. 도 1(하단)에 나타낸 바와 같이, TUDCA 처리한 그룹(50, 100, 150 μM)과 처리하지 않은 그룹(0 μM) 모두에서 녹색으로 염색된 살아있는 세포만이 관찰되었고, 적색으로 염색된 죽은 세포는 관찰되지 않았다. 따라서, Cell Counting Kit-8를 이용한 결과와 Live/Dead assay 결과로부터, 지방-유래 줄기세포의 세포 증식률 및 생존율은 사용된 TUDCA 농도 즉, 50 내지 150 μM 의 범위에서는 유의성 있는 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다.Human adipose derived stem cells obtained in Example 1 were seeded at a density of 1 × 10 4 cells / cm 2 , and stem cell culture [1% penicillin-Streptomycin and 10% fetal bovine cells were cultured for 3 days. Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM, Gibco BRL, Gaithersburg, MD) with serum (FBS) added (Invitrogen, USA). At this time, the cell proliferation rate was evaluated by treating tauroursodeoxycholic acid (TUDCA) (Calbiochem, San Diego, Calif.) At 0, 50, 100, 150 μM concentration in the stem cell culture. Cells of each group of concentrations incubated for 0, 1, 2 and 3 days were washed once with PBS, suspended in 1 mL of stem cell culture, and then Cell Counting Kit-8 (CCK-8, Dojindo, Tokyo, Japan) 100 μL of the solution was added and reacted at 37 ° C. for 2 hours. Take 100 μL from each group of culture and place it in a 96-well plate, and the absorbance of the sample was measured at 450 nm using an ELISA plate reader (Power Wave X340; Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, VT). It was. The cell proliferation rate was converted to the ratio of absorbance to cell proliferation time (Absorbance / day), and the result is shown in FIG. 1 (upper). As can be seen from the results in FIG. 1 (top), the treatment concentrations of TUDCA showed values of 0.2045 ± 0.0149, 0.2268 ± 0.0221, 0.22443 ± 0.01, and 0.2257 ± 0.0195 at 0, 50, 100, and 150 μM, respectively. However, it was not statistically significant (n = 3, p > 0.01). In addition, the cell viability was confirmed by Live / Dead assay for each group cultured for 3 days. Each group was washed three times with PBS, stained with 4 mM calcein AM (Invitrogen) and 4 μM ethidium homodimer (Ethidium Homodimer, EthD-1, Invitrogen) for 5 minutes. Live cells (green) and dead cells (red) were observed with a fluorescence microscope (Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM), and the results are shown in FIG. 1 (bottom). As shown in FIG. 1 (bottom), only live cells stained green were observed in both the TUDCA treated group (50, 100, 150 μM) and the untreated group (0 μM), and the dead cells stained red. Was not observed. Therefore, from the results using the Cell Counting Kit-8 and the results of the Live / Dead assay, it was confirmed that the cell proliferation rate and the survival rate of the adipose-derived stem cells were not significantly affected in the TUDCA concentration used, that is, in the range of 50 to 150 μM. It became.

실시예 3. TUDCA 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 골세포, 연골세포, 지방세포 관련 마커 유전자 발현 양상Example 3. Osteoblast, Chondrocyte, Adipocyte-related Marker Gene Expression Pattern of Human Adipose-Derived Stem Cells by TUDCA Treatment

실시예 1에서 얻어진 인간 지방-유래 줄기세포를 1×104 cells/cm2의 밀도로 파종하고, 줄기세포 배양액[1% 페니실린-스트렙토마이신(Penicillin-Streptomycin)과 10%의 우태아혈청(FBS)(Invitrogen, USA)이 첨가된 Dulbecco's modified Eagle medium(DMEM, Gibco BRL,Gaithersburg, MD)]에 TUDCA을 처리한 군과 처리하지 않은 군으로 나누어 5일 동안 배양하였다. 배양 후 얻어진 세포에 대하여, 역전사 중합효소연쇄반응(Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction, RT-PCR)을 수행하여 골세포, 연골세포, 및 지방세포 분화 마커 유전자의 발현을 측정하였다. 각 군의 세포를 PBS로 3회 세척한 후, 트립신-이디티에이(Trysin-EDTA)로 세포를 회수하고, 트리졸(TRIzol, Life Technologies, Inc. Grand Island, NY) 방법을 통하여 RNA를 추출하였다. 추출된 RNA 5 ㎍를 RT-PCR kit(Bioneer, Seoul, Korea)를 이용하여 RT-PCR을 수행한 뒤, 1.2% 아가로즈젤(Agarose gel)을 이용한 전기영동을 통해 유전자 발현의 변화를 측정하였다. RT-PCR에 사용된 프라이머 세트 및 각각의 분화마커는 다음 표 1과 같다.The human adipose derived stem cells obtained in Example 1 were seeded at a density of 1 × 10 4 cells / cm 2 , and stem cell culture solution [1% penicillin-Streptomycin and 10% fetal bovine serum (FBS) (Dvibecco's modified Eagle medium (DMEM, Gibco BRL, Gaithersburg, MD)) added to (Invitrogen, USA)] was incubated for 5 days divided into TUDCA-treated and untreated groups. The cells obtained after the culture were subjected to Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) to measure the expression of osteoblast, chondrocyte, and adipocyte differentiation marker genes. After washing the cells of each group three times with PBS, the cells were recovered by trysin-EDTA, and RNA was extracted through the Trizol (Life Technologies, Inc. Grand Island, NY) method. . After RT-PCR was performed on 5 ㎍ of extracted RNA using the RT-PCR kit (Bioneer, Seoul, Korea), the change of gene expression was measured by electrophoresis using 1.2% agarose gel. . Primer sets and respective differentiation markers used in RT-PCR are shown in Table 1 below.

분화세포Differentiated cells 마커Marker 서열order 기원* Origin * 골세포Bone cells Runx2Runx2 센스sense 5'-TTG CAG CCA TAA GAG GGT AG-3'5'-TTG CAG CCA TAA GAG GGT AG-3 ' NM_001015051.2NM_001015051.2 안티센스Antisense 5'-GTC ACT TTC TTG GAG CAG GA-3'5'-GTC ACT TTC TTG GAG CAG GA-3 ' Col ICol i 센스sense 5'-CTG ACC TTC CTG CGC CTG ATG TCC-3'5'-CTG ACC TTC CTG CGC CTG ATG TCC-3 ' NM_000088NM_000088 안티센스Antisense 5'-GAC TGG GGC ACC AAC GTC CAA-3'5'-GAC TGG GGC ACC AAC GTC CAA-3 ' ALPALP 센스sense 5'-ACG TGG CTA AGA ATG TCA TC-3'5'-ACG TGG CTA AGA ATG TCA TC-3 ' NM_000478NM_000478 안티센스Antisense 5'-CTG GTA GGC GAT GTC CTT A-3'5'-CTG GTA GGC GAT GTC CTT A-3 ' 연골세포Cartilage cell ColⅡColⅡ 센스sense 5'-TTC AGC TAT GGA GAT GAC AAT C-3'5'-TTC AGC TAT GGA GAT GAC AAT C-3 ' NM_001844NM_001844 안티센스Antisense 5'-AGA GTC CTA GAG TGA CTG AG-3'5'-AGA GTC CTA GAG TGA CTG AG-3 ' Aggrecan
(Agg)
Aggrecan
(Agg)
센스sense 5'-GAA TCT AGC AGT GAG ACG TC-3'5'-GAA TCT AGC AGT GAG ACG TC-3 ' NM_013227NM_013227
안티센스Antisense 5'-CTG CAG CAG TTG ATT CTG AT-3'5'-CTG CAG CAG TTG ATT CTG AT-3 ' 지방세포Fat cell PPARγPPARγ 센스sense 5'-AGA CAA CAG ACA AAT CAC CAT-3'5'-AGA CAA CAG ACA AAT CAC CAT-3 ' NM_138711NM_138711 안티센스Antisense 5'-CTT CAC AGC AAA CTC AAA CTT-3'5'-CTT CAC AGC AAA CTC AAA CTT-3 ' GAPDH
(하우스키핑 유전자)
GAPDH
(Housekeeping gene)
센스sense 5'-CGG ATT TGG TCG TAT TGG GC-3'5'-CGG ATT TGG TCG TAT TGG GC-3 ' NM_002046NM_002046
안티센스Antisense 5'-CAG GGA TGA TGT TCT GGA GA-3'5'-CAG GGA TGA TGT TCT GGA GA-3 '

*기원: NCBI 접근 번호(NCBI accession number)* Source: NCBI accession number

상기와 같이 RT-PCR을 수행한 결과는 도 2와 같다. 도 2의 결과로부터, TUDCA을 처리한 그룹과 처리하지 않은 그룹에서의 골세포 분화 마커인 Runx2, Col I, ALP와 연골세포 분화 마커인 Col II, Agg의 발현 차이를 확인할 수 없었다. 반면, 지방세포 분화 마커인 PPARγ는 TUDCA 처리하지 않은 그룹에서 낮은 수준의 발현을 보였으나, TUDCA 처리한 그룹에서는 전혀 발현되지 않았다. 따라서, TUDCA 처리가 골세포 분화 및 연골세포 분화에는 영향이 미치지 않지만, 지방세포로의 분화 분화를 억제하는 활성을 가질 것으로 예상된다.
As a result of performing the RT-PCR as shown in FIG. From the results of FIG. 2, the difference in expression of Runx2, Col I, ALP and osteocholia differentiation markers Col II and Agg, which are osteoblast differentiation markers, was not found in the TUDCA-treated and untreated groups. On the other hand, PPARγ, an adipocyte differentiation marker, showed low expression in the TUDCA-treated group, but not in the TUDCA-treated group. Therefore, TUDCA treatment does not affect osteoblast differentiation and chondrocyte differentiation, but is expected to have activity that inhibits differentiation differentiation into adipocytes.

실시예 4. TUDCA 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 지방세포 분화 억제 활성 평가Example 4 Evaluation of Adipocyte Differentiation Inhibitory Activity of Human Adipose-Derived Stem Cells by TUDCA Treatment

실시예 1에서 얻어진 인간 지방-유래 줄기세포를 증식단계(Proliferation phase)와 지방세포 분화단계(Differentiation phase)로 나누어 배양하였다. 증식단계(Proliferation phase)에서는 실시예 3과 동일한 방법으로 인간 지방-유래 줄기세포를 줄기세포 배양액에서 5일 동안 배양하였고, 지방세포 분화단계(Differentiation phase)에서는 지방세포 분화용 배지(StemProAdipogenesis Differentiation Kit, Gibco BRL) 중에서 10일 동안 배양하였다. 인간 지방-유래 줄기세포의 배양은 도 3의 A에 나타낸 바와 같이 5개의 군으로 나누었다. 비교그룹(Not induced 그룹)은 줄기세포 배양액에서 15일 배양하였고; 제1군(Group 1)은 줄기세포 배양액에 5일 동안 배양한 후, 지방세포 분화용 배지에서 10일 동안 배양하였고; 제2군은 TUDCA 50 μM를 첨가한 줄기세포 배양액에서 5일 동안 배양한 후, TUDCA의 처리없이 지방세포 분화용 배지에서 10일 배양하였고; 제3군(Group 3)은 TUDCA 처리없이 줄기세포 배양액에서 5일 배양한 후 TUDCA 50 μM를 첨가한 지방세포 분화용 배지에 10일 동안 배양하였고; 제4군(Group 4)은 TUDCA 50 μM를 증식단계와 분화단계 모두에서 첨가하여 배양하였다.Human adipose derived stem cells obtained in Example 1 were cultured by dividing into a proliferation phase and a differentiation cell differentiation phase. In the proliferation phase, human adipose-derived stem cells were cultured in stem cell culture medium for 5 days in the same manner as in Example 3, and in the adipocyte differentiation phase, adipose cell differentiation medium (StemProAdipogenesis Differentiation Kit, Incubated for 10 days in Gibco BRL). Culture of human adipose derived stem cells was divided into five groups as shown in FIG. The comparative group (Not induced group) was cultured in stem cell culture for 15 days; Group 1 was cultured in stem cell culture for 5 days and then cultured in adipocyte differentiation medium for 10 days; The second group was cultured for 5 days in stem cell culture medium to which 50 μM of TUDCA was added, and then cultured for 10 days in a medium for adipocyte differentiation without treatment of TUDCA; Group 3 (Group 3) was incubated for 5 days in stem cell culture medium without TUDCA treatment and then cultured for 10 days in adipocyte differentiation medium added with 50 μM TUDCA; The fourth group (Group 4) was incubated by adding 50 μM TUDCA in both the growth stage and the differentiation stage.

각 군의 지방세포 분화 정도를 조직학적 염색방법인 Oil red O 염색법을 통해서 지방세포 분화에 미치는 TUDCA의 영향을 측정하였다. Oil red O 염색법은 Ramirez-Zacarias 등의 방법[Histochemistry 97, 493-497, (1992)]을 따라 실시하였다. 각 군의 세포를 PBS로 2회 세척하고 0.5 ㎖의 Oil Red O 용액(60% 이소프로판올 중 0.36% Oil Red O)을 첨가하여, 실온에서 15 분 동안 처리하였다. 다음으로 염색액을 제거하고, 60% 이소프로판올로 3회 세척하였다. 그 결과는 도 2의 B와 같다. 도 2의 B에서 자색은 헤마톡실린(Hematoxylin)으로 염색된 부착 세포를 나타내고, 적색 부분은 지질적하(Lipid drop)을 나타낸다(Scale bar=100 ㎛). 도 3의 B의 결과로부터, 제1군 및 제2군의 경우에는 상당히 많은 지질적하가 발생하였으며, 특히 증식 및 분화과정 모두에서 TUDCA를 처리하지 않은 제1군에서 적색으로 염색된 지질적하(Lipid drop)가 매우 많이 관찰되었다. 반면, 제1군 및 제2군에 비해 분화단계에서 TUDCA가 포함된 제3군과 제4군의 경우에서는 지질적하가 상대적으로 적게 관찰되었다. The effect of TUDCA on the differentiation of adipocytes was measured by the oil red O staining method. Oil red O staining was performed according to the method of Ramirez-Zacarias et al. [Histochemistry 97, 493-497, (1992)]. Cells of each group were washed twice with PBS and 0.5 ml of Oil Red O solution (0.36% Oil Red O in 60% isopropanol) was added and treated for 15 minutes at room temperature. The stain was then removed and washed three times with 60% isopropanol. The result is the same as B of FIG. In FIG. 2B, purple indicates adherent cells stained with Hematoxylin, and red portion shows Lipid drop (Scale bar = 100 μm). From the results of B of FIG. 3, a considerable amount of lipid loading occurred in the first and second groups, particularly in the first group not treated with TUDCA during both proliferation and differentiation. drop was observed very much. On the other hand, relatively little geological loading was observed in the third and fourth groups including TUDCA in the differentiation stage compared to the first and second groups.

Oil red O 추출 정량법을 이용해서 생성된 지질적하에 대한 정량분석을 수행하였다. Oil red O 염색 후 현미경 관찰 이후에 각 군을 PBS로 2번 세척하고, 60% 이소프로판올로 지질적하를 추출하여 500 nm 파장에서 흡광도를 측정하여 정량분석하였으며, 그 결과는 도 3의 C와 같다. 도 3의 C의 결과로부터, 제1군과 제2군의 경우에는 각각 0.149±0.007와 0.093±0.017의 흡광도를, 분화단계에서 TUCDA를 처리한 제3군과 제4군의 경우 각각 0.068±0.006, 0.068±0.001의 상대적으로 낮은 흡광도를 나타내었다. 제3군과 제4군 사이의 통계수치를 제외한 모든 군 간에는 통계적으로 유의한 결과를 나타냈다 (*,p<0.01). Quantitative analysis of the resulting lipid loading was performed using Oil red O extraction quantification. After microscopic observation after oil red O staining, each group was washed twice with PBS, lipid loading was extracted with 60% isopropanol, and absorbance at 500 nm was measured and quantitatively analyzed. From the results of FIG. 3C, the absorbances of 0.149 ± 0.007 and 0.093 ± 0.017 for the first group and the second group, respectively, were 0.068 ± 0.006 for the third group and the fourth group treated with TUCDA in the differentiation step, respectively. , A relatively low absorbance of 0.068 ± 0.001. Statistically significant results were found among all groups except the statistical value between group 3 and group 4 (*, p <0.01).

또한 각 군의 지방세포 분화 정도를 실시예 3과 동일한 방법으로 RT-PCR 방법을 이용하여 지방세포 분화 관련 마커의 발현을 측정하였다(도 3D). RT-PCR에 사용된 프라이머 세트는 상기 표 1과 같고, GPDH 프라이머 세트는 센스 프라이머: 5'-TGA TGG CCT GGG CTT TGG CG-3' 및 안티센스 프라이머: 5'-GCT GGG CCC CAT AGC CTC CT-3'(기원: NM_005276)의 서열을 사용하였다. RT-PCR 분석결과는 도 3의 D와 같다. 도 3의 D의 결과로부터, 제4군에서 지방세포 분화 초기 마커인 PPARγ와 후기 마커인 GPDH의 발현이 비교그룹(Not induced 그룹)을 포함한 제1군, 제2군, 및 제3군에 비해서 낮은 발현 양상을 나타내었다. 따라서, Oil red O 염색법, Oil red O 추출 정량법, 및 RT-PCR 결과로부터, 지방-유래 줄기세포의 배양에 있어서 특히 분화단계에서 TUDCA 처리할 경우, 지방세포로의 분화를 효과적으로 억제할 수 있음을 확인할 수 있다.
In addition, the degree of adipocyte differentiation of each group was measured using the RT-PCR method in the same manner as in Example 3 to measure the expression of adipocyte differentiation-related markers (FIG. 3D). Primer sets used in RT-PCR are shown in Table 1 above, GPDH primer sets are sense primers: 5'-TGA TGG CCT GGG CTT TGG CG-3 'and antisense primers: 5'-GCT GGG CCC CAT AGC CTC CT- The sequence of 3 '(Source: NM_005276) was used. RT-PCR analysis results are the same as in FIG. From the results of FIG. 3D, the expression of PPARγ, which is an initial marker for adipocyte differentiation, and GPDH, which is a late marker, in the fourth group, were compared with those of the first, second, and third groups including the not induced group. Low expression pattern was shown. Therefore, from the results of Oil red O staining, Oil red O extraction, and RT-PCR results, it was confirmed that TUDCA treatment in the culture of adipose-derived stem cells, in particular, can effectively inhibit differentiation into adipocytes. Can be.

실시예 5. TUDCA 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 골세포 분화 평가Example 5 Evaluation of Bone Cell Differentiation of Human Adipose-Derived Stem Cells Following TUDCA Treatment

실시예 1에서 얻어진 인간 지방-유래 줄기세포를 1×104 cells/cm2의 밀도로 파종하고, 줄기세포 배양액과 골세포 분화 배양액에서 TUDCA 처리 유·무에 따른 골세포 분화를 평가하였다. 줄기세포 배양액은 상기와 마찬가지로 1% 페니실린-스트렙토마이신(Penicillin-Streptomycin)과 10%의 우태아혈청(FBS)(Invitrogen, USA)이 첨가된 Dulbecco's modified Eagle medium(DMEM, Gibco BRL,Gaithersburg, MD)]을 기본배지(Basal Medium, BM)으로 사용하였다. 골세포 분화 배양액은 10% FBS, 100 nM 덱사메타손, 1% 글루타맥스(Glutamax)(Invitrogen, USA), 50 μg/mL 아스코르브산, 10 mM 글리세롤 2-포스페이트(Glycerol 2-Phosphate), 1% 페니실린-스트렙토마이신을 첨가한 DMEM 배지를 골세포 분화용 배지로서 사용하였다. 배양은 3일 마다 교환하며 21일 동안 수행하였다. 실험 그룹으로는 줄기세포 배양액 그룹(Basal medium, BM), 줄기세포 배양액에 TUDCA 50 μM 처리된 그룹(BM+TUDCA 50 μM)과 골세포 분화 배양액 그룹(Osteogenic medium, OM), 골세포 분화 배양액에 TUDCA 50 μM로 처리된 그룹(OM+TUDCA 50 μM)으로 수행하였다.Human adipose derived stem cells obtained in Example 1 were seeded at a density of 1 × 10 4 cells / cm 2 , and osteoblast differentiation with and without TUDCA treatment was evaluated in stem cell culture and osteoblast differentiation culture. Stem cell cultures were prepared with Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM, Gibco BRL, Gaithersburg, MD) supplemented with 1% Penicillin-Streptomycin and 10% Fetal Bovine Serum (FBS) (Invitrogen, USA). ] Was used as a basic medium (Basal Medium, BM). Osteocyte differentiation cultures were 10% FBS, 100 nM dexamethasone, 1% Glutamax (Invitrogen, USA), 50 μg / mL ascorbic acid, 10 mM Glycerol 2-Phosphate, 1% penicillin DMEM medium with streptomycin added was used as a medium for osteoblast differentiation. Incubation was performed every 21 days for 21 days. The experimental group included the stem cell culture group (Basal medium, BM), the TUDCA 50 μM treated group (BM + TUDCA 50 μM), the osteoblast differentiation culture group (Osteogenic medium, OM), and the osteoblast differentiation culture. The group was treated with TUDCA 50 μM (OM + TUDCA 50 μM).

도 4의 A는 각 실험 그룹에서 3일과 7일차의 알칼라인 포스파타아제(Alkaline Phosphatase, ALP)의 활성을 측정한 결과이다(n=3). 각 실험 그룹(0일, 3일, 및 7일에 수거한 모든 그룹)을 50 ㎕ 라이시스 버퍼(lysis buffer, Cell Culture Lysis Reagent 5X, Promega)에 첨가하고, 세포 용해물(lysate)을 10분간 13000 rpm에서 초원심분리(Micro 17R, Hanil Science Industrial, Seoul, Korea)하여 단백질을 회수하였다. 각 그룹의 단백질 50 μL와 p-니트로페닐 포스페이트(p-Nitrophenyl Phosphate, pNPP) 150 μL 처리하여 37℃에서, 15분간 반응 후 405 nm 파장에 흡광도를 측정하여 정량하였다. 측정된 값은 4-니트로페놀 10 mM 용액(Sigma)을 사용해 얻어진 검정선 내의 값으로 평가하였다. BM 그룹과 BM+TUDCA 50 μM 그룹에서 각각 0.8785±0.01과 0.7457±0.01로 측정되었으며, OM 그룹과 OM+TUDCA 50 μM 그룹에서는 각각 3.3705±0.1과 3.4235±0.2로 측정되었다. OM 그룹과 OM+TUDCA 50 μM 그룹의 경우, BM 그룹 및 BM+TUDCA 50 μM 그룹에 비해 통계학적으로 높은 ALP 활성을 나타내었으나, 각 배양액에서 TUDCA 처리 의한 ALP 활성에는 유의성 있는 영향을 나타내지 않았다 (*,p<0.01).4A is a result of measuring the activity of alkaline phosphatase (Alkaline Phosphatase, ALP) on the 3rd and 7th day in each experimental group (n = 3). Each experimental group (all groups collected on days 0, 3, and 7) was added to 50 μl lysis buffer (Cell Culture Lysis Reagent 5X, Promega) and cell lysate was added for 10 minutes. The protein was recovered by ultracentrifugation (Micro 17R, Hanil Science Industrial, Seoul, Korea) at 13000 rpm. 50 μL of each group of protein and 150 μL of p-Nitrophenyl Phosphate (pNPP) were treated, and then absorbed at 405 nm at 15 ° C. for 15 minutes. The measured values were evaluated by the values in the calibration lines obtained using 4-nitrophenol 10 mM solution (Sigma). 0.8785 ± 0.01 and 0.7457 ± 0.01 were measured in the BM and BM + TUDCA 50 μM groups, respectively, and 3.3705 ± 0.1 and 3.4235 ± 0.2 in the OM and OM + TUDCA 50 μM groups, respectively. The OM and OM + TUDCA 50 μM groups showed statistically higher ALP activity than the BM and BM + TUDCA 50 μM groups, but did not show a significant effect on ALP activity by TUDCA treatment in each culture (* , p <0.01).

도 4의 B는 각 그룹의 골세포 분화 정도를 실시예 3과 동일한 방법으로 RT-PCR을 수행하여 마커 유전자 발현을 측정한 결과이다 (n=4). RT-PCR에 사용된 Col Ⅰ, ALP, 및 GAPDH의 프라이머 세트는 상기 표 1과 동일하며, 오세테오칼신(Osteocalcin,, OCN) 프라이머 세트는 센스 프라이머: 5'-ATG AGA GCC CTC ACA CTC CT-3' 및 안티센스 프라이머: 5'-GCC GTA GAA GCG CCG ATA GG-3'(기원: NM_199173)의 서열을 사용하였다. BM 그룹 및 BM+TUDCA 50 μM 그룹과 비교해 볼 때, 골세포 분화배지인 OM 그룹과 OM+TUDCA 50 μM 그룹에서 골세포 분화 관련 마커 유전자인 OCN, ColⅠ과 ALP가 보다 높게 발현되었으나, 각 배양액 내에서 TUDCA 처리에 따른 골세포 분화 관련 유전자의 발현 정도에는 커다란 영향을 나타내지는 않았다.4B is a result of measuring the marker gene expression by performing RT-PCR in the same manner as in Example 3 to determine the degree of osteoblast differentiation of each group (n = 4). The primer sets of Col I, ALP, and GAPDH used in RT-PCR are the same as in Table 1 above, and the Osteocalcin (OCN) primer set is sense primer: 5'-ATG AGA GCC CTC ACA CTC CT- The sequences of 3 'and antisense primers: 5'-GCC GTA GAA GCG CCG ATA GG-3' (Source: NM_199173) were used. Compared with the BM and BM + TUDCA 50 μM groups, the marker genes related to osteoblast differentiation, OCN, ColI and ALP, were higher in the OM and OM + TUDCA 50 μM groups. There was no significant effect on the expression level of osteoblast differentiation genes following TUDCA treatment.

도 4의 C는 각 그룹에서 얻어진 세포를 von Kossa 염색법으로 칼슘염(Calcium salt) 침착정도를 평가한 결과이다(n=4). 각 그룹에서 얻어진 세포를 10% 포르말린(Formalin)으로 고정하고 PBS로 3번 세척하였다. 이어서 5% 질산은(Silver nitrate) 용액을 넣고 강한 빛에 1시간 동안 노출시켰다. 5% 티오황산나트륨(Sodium thiosulfate) 용액으로 과염색된 부분을 제거하고 Nuclear fast red를 이용하여 대비 염색하였다. 도 4의 C에서 흑색은 칼슘침착을 나타내고, 적색은 세포의 핵을 나타낸다(Scale bar=100 ㎛). BM 그룹과 BM+TUDCA 50 μM 그룹에서 칼슘침착을 확인할 수 없었으나, OM 그룹과 OM+TUDCA 50 μM 그룹의 경우 각각 넓은 영역에서 칼슘침착을 확인하였다. 4C is a result of evaluating the degree of calcium salt deposition of cells obtained from each group by von Kossa staining (n = 4). Cells obtained from each group were fixed with 10% formalin and washed three times with PBS. Then 5% silver nitrate solution was added and exposed to strong light for 1 hour. The overstained portion was removed with 5% sodium thiosulfate solution and contrast stained using Nuclear fast red. In FIG. 4C, black indicates calcium deposition and red indicates cell nuclei (Scale bar = 100 μm). Calcium deposition was not found in the BM and BM + TUDCA 50 μM groups, but calcium deposition was observed in the OM and OM + TUDCA 50 μM groups, respectively.

도 4의 D는 각 그룹에서 얻어진 세포의 칼슘침착 정도를 정량한 결과이다. 각 그룹에서 얻어진 세포를 PBS로 부드럽게 세척한 후 상용화 된 칼슘 정량 키트(Bioassays, USA)를 사용하여 제조사의 지시에 따라 측정하였다 (n=4). BM 그룹과 BM+TUDCA 50 μM 그룹에서 각각 0.0052±0.0007, 0.0061±0.0006로, 또한 OM 그룹과 OM+TUDCA 50 μM 그룹에서는 각각 0.1722±0.0176과 0.1949±0.0367의 값의 칼슘침착 정도를 나타내었다. 배양배지인 BM 보다 골세포 분화배지인 OM에서 보다 높은 칼슘침착 정도를 나타내었으나, 각 배양액에서의 TUDCA 처리에 따른 칼슘침착 정도에는 유의성이 없는 것으로 평가되었다 (p>0.01).4D is a result of quantifying the degree of calcium deposition of cells obtained from each group. Cells obtained from each group were gently washed with PBS and then measured according to the manufacturer's instructions using a commercially available calcium quantification kit (Bioassays, USA) (n = 4). The BM and BM + TUDCA 50 μM groups showed 0.0052 ± 0.0007 and 0.0061 ± 0.0006, respectively, and the OM and OM + TUDCA 50 μM groups showed 0.1722 ± 0.0176 and 0.1949 ± 0.0367, respectively. The calcium deposition was higher in OM, a bone cell differentiation medium than in culture medium BM, but there was no significant difference in calcium deposition according to TUDCA treatment in each culture ( p > 0.01).

이상의 ALP 활성, RT-PCR, von Kossa 염색, 및 칼슘 정량 결과로부터, 인간 지방-유래 줄기세포의 배양 및 골세포 분화에 있어서, TUDCA의 처리는 골세포 분화에 어떠한 영향도 미치지 않음을 확인할 수 있으며, 따라서 지방세포로의 분화에 따른 오염 가능성을 배제하면서 순수하게 분화된 골세포를 얻을 수 있다.
From the above ALP activity, RT-PCR, von Kossa staining, and calcium quantitative results, it was confirmed that the treatment of TUDCA had no effect on osteoblast differentiation in culturing human adipose derived stem cells and osteoblast differentiation. Therefore, purely differentiated bone cells can be obtained while excluding the possibility of contamination due to differentiation into adipocytes.

실시예 6 TUDCA 처리에 따른 인간 지방-유래 줄기세포의 연골세포 분화 평가Example 6 Evaluation of Chondrocyte Differentiation of Human Adipose-Derived Stem Cells by TUDCA Treatment

실시예 1에서 얻어진 인간 지방-유래 줄기세포를 1×104 cells/cm2의 밀도로 파종하고, 줄기세포 배양액과 연골세포 분화 배양액에서 TUDCA 처리 유·무에 따른 연골세포 분화를 평가하였다. 줄기세포 배양액은 상기와 마찬가지로 1% 페니실린-스트렙토마이신(Penicillin-Streptomycin)과 10%의 우태아혈청(FBS)(Invitrogen, USA)이 첨가된 Dulbecco's modified Eagle medium(DMEM, Gibco BRL,Gaithersburg, MD)]을 기본배지(Basal Medium, BM)으로 사용하였다. 연골세포 분화 배양액은 10% FBS, 100 nM 덱사메타손, 50μg/mL 아스코르브산, 1% 페니실린-스트렙토마이신, 1% ITS(인슐린 1g/L, 소듐 셀레나이트 0.67 mg/L, 트랜스페린 0.5 g/L), 10 ng/mL TGF-β1을 첨가한 DMEM 배지를 골세포 분화용 배지로서 사용하였다. 배양은 3일 마다 교환하며 21일 동안 수행하였다. 실험 그룹으로는 줄기세포 배양액 그룹(Basal medium, BM), 줄기세포 배양액에 TUDCA 50 μM 처리된 그룹(BM+TUDCA 50 μM)과 연골세포 분화배양액 그룹(Chondrogenic medium, CM), 연골세포 분화 배양액에 TUDCA 50 μM 처리된 그룹(CM+TUDCA 50 μM)으로 수행하였다. Human adipose derived stem cells obtained in Example 1 were seeded at a density of 1 × 10 4 cells / cm 2 , and chondrocyte differentiation with and without TUDCA treatment was evaluated in stem cell culture and chondrocyte differentiation culture. Stem cell cultures were prepared with Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM, Gibco BRL, Gaithersburg, MD) supplemented with 1% Penicillin-Streptomycin and 10% Fetal Bovine Serum (FBS) (Invitrogen, USA). ] Was used as a basic medium (Basal Medium, BM). Chondrocyte differentiation cultures were 10% FBS, 100 nM dexamethasone, 50 μg / mL ascorbic acid, 1% penicillin-streptomycin, 1% ITS (insulin 1 g / L, sodium selenite 0.67 mg / L, transferrin 0.5 g / L), DMEM medium to which 10 ng / mL TGF-β1 was added was used as a medium for osteoblast differentiation. Incubation was performed every 21 days for 21 days. The experimental group included the stem cell culture group (Basal medium, BM), the TUDCA 50 μM treated group (BM + TUDCA 50 μM), the chondrocyte differentiation culture group (Chondrogenic medium, CM), and the chondrocyte differentiation medium. TUDCA 50 μM treated groups (CM + TUDCA 50 μM) were performed.

도 5의 A는 각 그룹에서 얻어진 세포를 Alcian blue 염색법으로 글라이코스아미노글리칸 매트릭스(Glycosaminoglycan(GAG) matrix)를 측정한 결과이다(n=3). 각 그룹에서 얻어진 세포를 PBS로 2 회 세척하고, 4% Alcian blue 용액에 넣고 실온에서 30 분 동안 처리하였다. 염색액을 제거하고 Nuclear fast red를 이용하여 대비 염색하였다. 도 5의 A에서 적색은 세포의 핵 부위이고, 청색은 연골세포에서 관찰되는 GAG matrix을 나타낸다(Scale bar=100 ㎛). BM 그룹과 BM+TUDCA 50 μM 그룹은 각각 GAG matrix를 확인할 수 없었으나, CM 그룹과 CM+TUDCA 50 μM 그룹은 각각에서 많은 GAG Matrix를 확인할 수 있었다. 5A is a result of measuring the glycosaminoglycan (GAG) matrix of cells obtained from each group by Alcian blue staining (n = 3). Cells obtained from each group were washed twice with PBS, placed in 4% Alcian blue solution and treated for 30 minutes at room temperature. The stain was removed and contrast stained using Nuclear fast red. In FIG. 5A, red is the nuclear site of the cell, and blue is the GAG matrix observed in chondrocytes (Scale bar = 100 μm). The BM and BM + TUDCA 50 μM groups could not identify the GAG matrix, but the CM and CM + TUDCA 50 μM groups were able to identify many GAG matrices.

도 5의 B는 각 그룹의 GAG Matrix를 Alcian blue 추출 정량법을 통해서 정량한 결과이다. 각 그룹에서 얻어진 세포를 6 M 구아니딘-HCl로 2시간 동안 상온에서 반응시켜 청색으로 염색된 GAG Matrix 부분을 추출하고, 600 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다 (n=3). BM 그룹과 BM+TUDCA 50 μM 그룹은 각각 0.064±0.004, 0.057±0.002로, CM 그룹과 CM+TUDCA 50 μM에서는 각각 0.328±0.008 과 0.388±0.018의 값으로 측정되었다. 배양배지인 BM 보다 연골세포 분화배지인 CM에서 보다 높은 GAG matrix 발현 정도를 나타내었으나, 각 배양액 내에서 TUDCA 처리에 따른 GAG matrix 발현 정도에는 유의성이 없는 것으로 평가되었다(p>0.01). 5B is a result of quantifying the GAG Matrix of each group by Alcian blue extraction quantification method. Cells obtained from each group were reacted with 6 M guanidine-HCl for 2 hours at room temperature to extract the blue stained GAG Matrix portion, and the absorbance was measured at 600 nm wavelength (n = 3). The BM and BM + TUDCA 50 μM groups were 0.064 ± 0.004 and 0.057 ± 0.002, respectively. The CM and CM + TUDCA 50 μM values were 0.328 ± 0.008 and 0.388 ± 0.018, respectively. Although the expression level of GAG matrix was higher in CM, a chondrocyte differentiation medium than in culture medium BM, it was evaluated that there was no significant difference in the expression level of GAG matrix according to TUDCA treatment in each culture medium ( p > 0.01).

도 5의 C는 각 그룹의 연골세포 분화 정도를 실시예 3과 동일한 방법으로 RT-PCR을 수행하여 마커 유전자 발현을 측정한 결과이다(n=3). RT-PCR에 사용된 Col Ⅰ, Col II, Agg, 및 GAPDH의 프라이머 세트는 상기 표 1과 동일하다. 연골세포 관련 마커 유전자로서 ColⅡ와 Agg을 확인하였고, Negative 인자로는 Col I을 사용하였다. BM 그룹 및 BM+TUDCA 50 μM 그룹과 비교해 볼 때, 연골세포 분화배지인 CM 그룹과 CM+TUDCA 50 μM 그룹에서 연골세포 분화 관련 마커 유전자인 ColⅡ와 Agg이 보다 높게 발현되었으며, Negative 인자인 Col I은 낮게 발현되었다. 그러나 각 배양액 내에서 TUDCA 처리에 따른 연골세포 분화 관련 유전자의 발현 정도에는 커다란 영향을 나타내지는 않았다. 5C shows the results of measuring marker gene expression by performing RT-PCR in the same manner as in Example 3 for the degree of chondrocyte differentiation of each group (n = 3). Primer sets of Col I, Col II, Agg, and GAPDH used in RT-PCR are the same as in Table 1 above. Col II and Agg were identified as chondrocyte-associated marker genes, and Col I was used as the negative factor. Compared with the BM group and the BM + TUDCA 50 μM group, the chondrocyte differentiation marker genes Col II and Agg were more expressed in the CM group and the CM + TUDCA 50 μM group, and the negative factor Col I Was expressed low. However, there was no significant effect on the expression level of chondrocyte differentiation-related genes by TUDCA treatment in each culture.

이상의 Alcian blue 염색, Alcian blue 추출 정량, 및 RT-PCR 결과로부터, 인간 지방-유래 줄기세포의 배양 및 연골세포 분화에 있어서, TUDCA의 처리는 연골세포 분화에 어떠한 영향도 미치지 않음을 확인할 수 있으며, 따라서 지방세포로의 분화에 따른 오염 가능성을 배제하면서 순수하게 분화된 연골세포를 얻을 수 있다.From the above Alcian blue staining, Alcian blue extraction quantification, and RT-PCR results, it was confirmed that TUDCA treatment had no effect on chondrocyte differentiation in culturing and adjuvant chondrocyte differentiation of human adipose derived stem cells. Therefore, purely differentiated chondrocytes can be obtained while excluding the possibility of contamination due to differentiation into adipocytes.

Claims (8)

타우로우루소데옥시콜릭산(tauroursodeoxycholic acid)을 포함하는 연골세포 분화용 배지 중에서, 지방-유래 줄기세포를 배양하는 것을 포함하는, 지방-유래 줄기세포의 연골세포로의 분화방법.A method for differentiating adipose derived stem cells into chondrocytes, comprising culturing adipose derived stem cells in a medium for chondrocyte differentiation comprising tauroursodeoxycholic acid. 타우로우루소데옥시콜릭산을 포함하는 골세포 분화용 배지 중에서, 지방-유래 줄기세포를 배양하는 것을 포함하는, 지방-유래 줄기세포의 골세포로의 분화방법.A method for differentiating fat-derived stem cells into bone cells, comprising culturing fat-derived stem cells in bone cell differentiation medium containing tauurusodeoxycholic acid. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타우로우루소데옥시콜릭산의 농도가 5∼500 μM의 범위인 것을 특징으로 하는 분화방법.The differentiation method according to claim 1 or 2, wherein the concentration of taurousodeoxycholic acid is in the range of 5 to 500 µM. 제1항에 있어서, 상기 연골세포 분화용 배지가 타우로우루소데옥시콜릭산, TGF-β1, 덱사메타손, 아스코르브산, 인슐린, 트랜스페린, 및 셀레늄염을 포함하는 DMEM 배지인 것을 특징으로 하는 분화방법.The method of claim 1, wherein the chondrocyte differentiation medium is DMEM medium containing tauurosodeoxycholic acid, TGF-β1, dexamethasone, ascorbic acid, insulin, transferrin, and selenium salt. 제1항에 있어서, 상기 연골세포 분화용 배지가 타우로우루소데옥시콜릭산 50∼150 ㎍/mL, TGF-β1 5∼20 ng/mL, 덱사메타손 50∼200 nM, 아스코르브산 10∼100 ㎍/mL, 인슐린 0.001∼1 mg/mL, 트랜스페린 0.055∼500 mg/mL, 및 셀레늄염 500∼670 ㎍/mL을 포함하는 DMEM 배지인 것을 특징으로 하는 분화방법.According to claim 1, wherein the chondrocyte differentiation medium is taururusodeoxycholic acid 50-150 μg / mL, TGF-β1 5-20 ng / mL, dexamethasone 50-200 nM, ascorbic acid 10-100 μg / A differentiation method comprising: DMEM medium comprising mL, insulin 0.001-1 mg / mL, transferrin 0.055-500 mg / mL, and selenium salt 500-670 μg / mL. 제2항에 있어서, 상기 골세포 분화용 배지가 타우로우루소데옥시콜릭산, 덱사메타손, 아스코르브산, L-알라닐-L-글루타민, 및 글리세롤 2-포스페이트를 포함하는 DMEM 배지인 것을 특징으로 하는 분화방법.The medium for osteoblast differentiation is a DMEM medium comprising tauurosodeoxycholic acid, dexamethasone, ascorbic acid, L-alanyl-L-glutamine, and glycerol 2-phosphate. Differentiation method. 제2항에 있어서, 상기 골세포 분화용 배지가 타우로우루소데옥시콜릭산 50∼150 ㎍/mL, 덱사메타손 50∼200 nM, 아스코르브산 10∼100 ㎍/mL, L-알라닐-L-글루타민 50∼200 nM, 및 글리세롤 2-포스페이트 5∼20 mM을 포함하는 DMEM 배지인 것을 특징으로 하는 분화방법.







The medium for osteoblast differentiation according to claim 2, wherein the medium for osteoblast differentiation is 50 to 150 µg / mL of taurorusodeoxycholic acid, 50 to 200 nM of dexamethasone, 10 to 100 µg / mL of ascorbic acid, and L-alanyl-L-glutamine. A differentiation method of DMEM medium comprising 50 to 200 nM and glycerol 2-phosphate 5 to 20 mM.







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