KR101389849B1 - Method for culture of mesenchymal stem cell from gastrointestinal tissue, nerve tissue, or blood vessels and Uses Therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중간엽줄기세포의 배양방법, 상기 배양방법에 의해 얻어진 중간엽줄기세포 및 상기 중간엽줄기세포를 이용한 세포치료제에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 본 발명은 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 하이드로젤 내에 함입시켜 배양하는 단계; 및 하이드로젤만을 분해하여 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포를 회수하는 단계;를 포함하는 중간엽줄기세포의 배양방법, 상기 배양방법에 의해 배양된 중간엽줄기세포를 제공하며, 본 발명의 중간엽줄기세포는 자가복제 능력 및 다분화 능력이 뛰어나 조직 또는 장기 재생용 세포치료제로의 활용가치가 매우 크다. The present invention relates to a method for culturing mesenchymal stem cells, mesenchymal stem cells obtained by the culturing method, and a cell therapeutic agent using the mesenchymal stem cells. And incorporating one or more tissues selected from the group consisting of vascular outer membrane tissue into the hydrogel and culturing the same. And recovering the mesenchymal stem cells grown and moved into the hydrogel from one or more tissues selected from the group consisting of subgastric mucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue by decomposing only hydrogel. It provides a culture method, mesenchymal stem cells cultured by the culture method, the mesenchymal stem cells of the present invention is excellent in self-replicating ability and multi-differentiation ability, and is very useful as a cell therapy for tissue or organ regeneration.
Description
본 발명은 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 또는 혈관 외막조직으로부터 중간엽줄기세포를 분리, 배양하는 방법 및 상기 방법에 의해 배양된 중간엽줄기세포에 관한 것이다. The present invention relates to a method for isolating and culturing mesenchymal stem cells from gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue or vascular epithelial tissue, and mesenchymal stem cells cultured by the method.
성체 줄기세포 중 가장 연구가 많이 진행된 것은 조혈모세포 (hematopoietic stem cell)이며, 최근 중간엽줄기세포(mesenchymal stem cell, 중간엽줄기세포)에 대한 연구들도 활기를 띠고 있다.Hematopoietic stem cells are the most studied of adult stem cells, and recent studies on mesenchymal stem cells (Mesenchymal stem cells) is also vigorous.
1999년 Pittenger 등의 실험에 의하여 사람에서도 골수에서 분리한 중간엽줄기세포가 자가 재생(self renewal) 능력과 뼈, 연골, 지방으로 분화할 수 있는 능력이 있음을 알게 되었다. 이 실험에 의해 성체 중간엽줄기세포가 실험실에서의 조작이 가능함이 알려졌으며, 줄기세포치료의 개념이 도입될 수 있게 되었다. 이후 골수 중간엽줄기세포가 간세포 (hepatocyte), 심근세포, 신경 및 뇌세포로 분화될 수 있음이 알려지게 되었으며, 성체 줄기세포도 유전자를 재활성화시키면, 모든 종류의 세포로 분화가 가능함이 알려졌다. 따라서 성체 줄기세포를 이용하여 손상된 인체의 모든 기관을 대체하려는 시도가 활발히 시도되고 있으며, 현재 골절, 건손상, 연골손상, 간부전(hepatic failure), 심근경색, 신경손상, 뇌손상, 뇌졸중, 파킨슨병, 기타뇌신경퇴행성 질환 등의 치료를 위한 활발한 연구가 진행 중이다(Horwitz, E.M. et al., Nat. Med. 5: 309-313, 1999; Pittenger, M.F. et al., Circ. Res. 95: 9-20, 2004).In 1999, Pittenger et al. Found that mesenchymal stem cells isolated from bone marrow have the ability to self renewal and differentiate into bone, cartilage and fat. This experiment revealed that adult mesenchymal stem cells could be manipulated in the laboratory, and the concept of stem cell therapy could be introduced. After that, bone marrow mesenchymal stem cells can be differentiated into hepatocytes, cardiomyocytes, neurons and brain cells, and adult stem cells can be differentiated into all kinds of cells by reactivating genes. Therefore, attempts to replace all the damaged organs using adult stem cells have been actively attempted. Currently, fractures, tendon damage, cartilage damage, hepatic failure, myocardial infarction, nerve damage, brain damage, stroke, and Parkinson's disease , Active research is underway for the treatment of other neurodegenerative diseases (Horwitz, EM et al., Nat. Med. 5: 309-313, 1999; Pittenger, MF et al., Circ.Res. 95: 9- 20, 2004).
중간엽줄기세포는 골수(bone marrow), 제대혈(cord blood), 골막(periosteum), 활막(synovium), 지방(fat) 등에서 유래하며, 중배엽 기원의 세포와 조직으로 분화하는 능력이 있을 뿐만 아니라 신경세포와 같은 외배엽 기원의 세포와 조직, 그리고 심근세포로도 분화할 수 있는 다분화능(multipotentcy) 줄기세포이다. 중간엽줄기세포는 조혈모세포와는 달리 체외 배양과 증폭이 가능하다는 장점을 가지고 있어 세포치료제로서의 그 가능성이 아주 높다. 중간엽줄기세포는 골세포, 연골세포, 반월판세포, 심장근육세포, 신경세포 등으로 분화할 수 있는 능력과 해당 결손 조직을 재건할 수 있는 능력이 실험적 혹은 임상적 연구결과로 입증되어 해당 결손 조직과 장기의 기능을 재건하기 위한 세포치료제로 사용되거나 혹은 임상시험이 진행되고 있다. 즉 중간엽줄기세포는 골다공증, 골절, 관절염, 심근경색, 울혈성심부전, 퇴행성 및 외상성 뇌질환을 치료할 수 있는 세포치료제로 개발되고 있다.Mesenchymal stem cells are derived from bone marrow, cord blood, periosteum, synoviium, fat, etc., as well as the ability to differentiate into cells and tissues of mesodermal origin. It is a multipotentcy stem cell that can differentiate into cells and tissues of ectoderm origin such as cells and cardiomyocytes. Unlike hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells have the advantage that they can be cultured and amplified in vitro, which is very likely as a cell therapy. Mesenchymal stem cells can be differentiated into bone cells, chondrocytes, meniscus cells, cardiomyocytes, neurons, etc. and their ability to reconstruct the defective tissues has been proved experimentally or clinically. Clinical trials are being used as cell therapies to rebuild the function of organs and organs. In other words, mesenchymal stem cells have been developed as a cell therapy to treat osteoporosis, fractures, arthritis, myocardial infarction, congestive heart failure, degenerative and traumatic brain diseases.
세포치료제로서 중간엽줄기세포는 동물 및 인체 내 조직원에서부터 분리한 후 체외에서 증폭 배양하는 과정이 요구된다. 환자에게 적용하기 위한 세포치료제로서 중간엽줄기세포는 최소 1천만 개 이상의 세포가 요구된다. 중간엽줄기세포를 분리하기 위한 조직원으로는 현재까지 골수가 가장 많이 이용되고 있으나, 골수조직 내 중간엽줄기세포 밀도는 10억 개의 조혈세포 중 1개의 중간엽줄기세포만이 존재하는 것으로 알려져 있으며, 또한 나이와 반비례하여 급속히 골수 내 중간엽줄기세포 수가 감소하는 것으로 알려져 있다. 중년층 환자에 있어서 골수로부터 중간엽줄기세포 세포치료제를 제조하기 위해서는 최소 100 c.c.의 골수조직을 채취하여야 되며, 채취과정은 환자의 전신마취 및 침습적 수술이 요구되는 위험성이 동반된다. 또한 골수 내 중간엽줄기세포의 희소성에 기인하여 채취한 후 세포치료제로서 유효용량의 수만큼 증폭배양이 용이하지 않는 단점이 대두되었다. As a cell therapy, mesenchymal stem cells are required to be separated from tissues in animals and human bodies and then amplified and cultured in vitro. As a cell therapy for application to patients, mesenchymal stem cells require at least 10 million cells. Bone marrow has been the most used tissue source for isolating mesenchymal stem cells, but mesenchymal stem cell density in bone marrow tissue is known to exist in only 1 mesenchymal stem cell out of 1 billion hematopoietic cells. It is also known that the number of mesenchymal stem cells in bone marrow decreases rapidly in inverse proportion to age. In the middle-aged patients, at least 100 c.c. of bone marrow tissue should be collected from the bone marrow to prepare mesenchymal stem cell therapy, and the harvesting process carries the risk of requiring general anesthesia and invasive surgery. In addition, due to the scarcity of mesenchymal stem cells in the bone marrow has been a disadvantage that the amplification culture is not as easy as the number of effective dose as a cell therapy.
이로 인하여 중간엽줄기세포를 분리할 수 있는 골수 이외의 조직원을 발굴하는 연구가 활발히 진행되었으며, 중간엽줄기세포는 골막, 활막, 지방, 골격근, 심장, 피부, 제대혈, 제대, 양막, 태반 등에도 존재하는 것이 밝혀지게 되었다. 그러나 이들 조직들의 채취는 침습적 술기와 이에 따른 위험성이 동반되며, 또한 이들 조직들로부터 순도 높은 중간엽줄기세포를 분리하는 기술의 개발이 요구된다. 제대혈 내에도 줄기세포가 존재하는 것이 밝혀졌으나, 출생 시 제대혈을 보관하지 않은 환자의 경우는 자가 세포치료제를 제조할 수 없다는 문제점이 있다.As a result, researches to discover tissue sources other than bone marrow that can separate mesenchymal stem cells have been actively conducted. Mesenchymal stem cells are also found in the periosteum, synovial membrane, fat, skeletal muscle, heart, skin, umbilical cord blood, umbilical cord, amniotic membrane, and placenta. It turns out to exist. However, the collection of these tissues is accompanied by invasive techniques and risks, and also requires the development of a technique for separating high-purity mesenchymal stem cells from these tissues. Stem cells are also present in the umbilical cord blood, but in the case of patients who do not store umbilical cord blood at birth, there is a problem in that autologous cell therapeutics cannot be prepared.
한편, 종래의 성인 인간에서부터 중간엽줄기세포를 분리하기 위하여 아래에 기술한 두 가지 방법이 널리 적용되고 있다. 첫째, 성인의 골막, 활막, 그리고 지방조직을 콜라제네이즈(collagenase), 디스페이즈(dispase), 혹은 트립신(trypsin) 등과 같은 조직분해효소를 처리하여 고형성 조직으로부터 해리된 단일세포군을 분리하는 조직해리과정(tissue dissociation step)을 거쳐 단일세포를 단층배양법으로 증폭시켰다. 이후 배양용기에 부착되지 않은 세포를 제거시키고, 배양용기에 부착된 세포만을 배양하는 과정을 거쳐서 중간엽줄기세포를 분리 배양하는 방법이 널리 활용되고 있다. 둘째 방법은 첫 번째 방법과 동일하게 고형성 조직의 조직해리과정을 거친 후 얻어진 단일해리세포(single dissociated cells)을 분리한 후 CD34 혹은 CD29와 같은 표지자를 이용하여, 해당 표지자가 발현되는 세포만을 면역학적 방법을 이용하여 정제하고, 이후 단층배양법으로 증폭 시키는 방법이 제시되었다. Meanwhile, two methods described below have been widely applied to separate mesenchymal stem cells from conventional adult humans. First, tissues that separate dissociated single cell populations from solid tissues by treating the periosteum, synovial membrane, and adipose tissue of adult with histolytic enzymes such as collagenase, dispase, or trypsin. Single cells were amplified by monolayer culture through a tissue dissociation step. Since the cells that do not adhere to the culture vessel is removed, the method of separating and culturing the mesenchymal stem cells through the process of culturing only the cells attached to the culture vessel has been widely used. In the second method, as in the first method, single dissociated cells obtained after tissue dissociation of solid tissues are separated, and then, using a marker such as CD34 or CD29, only the cells expressing the marker are immunized. Purification using a pharmacological method, and then amplification by monolayer culture method has been proposed.
그러나 상기에 기술한 종래의 중간엽줄기세포의 분리배양 방법은 몇 가지 문제점이 제시되었다. 첫째, 고형성 조직으로부터 단일해리세포를 분리하기 위하여 조직해리과정은 필수적이다. 조직해리과정은 사용한 조직분해효소의 종류, 역가, 반응시간, 반응온도, 사용한 조직의 상태에 따라 얻어지는 단일세포 수는 큰 편차를 나타내며, 또한 조직해리과정 중 세포의 손상은 피할 수 없다는 단점이 널리 제시되었다. 그 결과 조직해리과정은 표준화하기 어려우며 또한 분리수율이 낮다는 비효율성의 단점이 제시되었다. 둘째, 조직해리과정 후 얻어진 단일해리세포는 기원 장기 혹은 조직을 구성하는 다양하고 이질적 특성을 지닌 세포를 모두 함유하고 있다. 상기 조직에서부터 분리된 단일해리세포는 중간엽줄기세포외에도 혈관내피세포, 혈관평활근세포, 지방세포, 혈구세포, 섬유모세포를 모두 포함하고 있다. 상기 이질적 단일해리세포에서부터 중간엽줄기세포를 선택적으로 분리하기 위하여 중간엽줄기세포에서만 특정적으로 발현되는 표지자를 이용한 면역학적 정제방법이 요구된다. 그러나 중간엽줄기세포에서만 특이적이고 일정하게 발현되는 표지자는 현재 밝혀져 있지 않다는 근본적인 문제점이 대두되었다. However, the conventional method for separating and culturing mesenchymal stem cells described above has presented some problems. First, the tissue dissociation process is essential in order to separate single dissociated cells from solid tissue. The tissue dissociation process shows a large variation in the number of single cells obtained according to the type, titer, reaction time, reaction temperature, and state of tissue used, and the damage of cells during tissue dissociation is inevitable. Presented. As a result, the organizational dissociation process is difficult to standardize and the inefficiency of low separation yield is suggested. Second, the single dissociated cells obtained after the tissue dissociation process contain all the cells with various heterogeneous characteristics that make up the organ or tissue of origin. Single dissociated cells isolated from the tissues include all vascular endothelial cells, vascular smooth muscle cells, adipocytes, blood cells, and fibroblasts in addition to mesenchymal stem cells. In order to selectively separate the mesenchymal stem cells from the heterogeneous single dissociated cells, an immunological purification method using a marker specifically expressed only in the mesenchymal stem cells is required. However, a fundamental problem arises that markers that are specific and consistently expressed only in mesenchymal stem cells are not known at present.
위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직은 세포외기질과 수분이 주된 구성 성분이며, 인간 및 포유동물의 모든 고형성 장기를 따라 광범위하게 분포하고 있으나, 본 발명 이전에는 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직, 혈관의 외막조직 내 중간엽줄기세포가 존재할 것이라는 결과는 전혀 알려져 있지 않다. Submucosal tissues of the gastrointestinal tract, outer membrane tissues of peripheral nerves, and outer membrane tissues of blood vessels are constituents of extracellular matrix and moisture, and are widely distributed along all solid organs of humans and mammals. There is no known result of mesenchymal stem cells in submucosal tissue, peripheral nerve tissue, and blood vessel outer membrane tissue.
이에, 본 발명은 인간 성인의 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직에서부터 단일공정을 통하여 고 순도의 중간엽줄기세포를 분리 배양하는 방법을 제시하고자 한다. 본 발명에서는 인간 성인의 위장관, 말초신경 및 혈관 내 존재하는 중간엽줄기세포를 선택적으로 분리함에 있어 조직분해효소를 사용하지 않으며, 해당 조직 내 중간엽줄기세포 미세구소를 파괴하지 않으면서도 안정적이고 효율적인 신경능선줄기세포의 분리 배양방법을 제시하고자 하였다. Accordingly, the present invention is to provide a method for separating and culturing mesenchymal stem cells of high purity from a single process from the gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue of a human adult. The present invention does not use histolytic enzymes to selectively separate mesenchymal stem cells present in the gastrointestinal tract, peripheral nerves and blood vessels of human adults, and is stable and efficient without destroying mesenchymal stem cell microspheres in the tissue. The purpose of this study was to propose a method of isolation and culture of neural crest stem cells.
본 발명은 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 하이드로젤 내에 함입시켜 배양하는 단계; 및 하이드로젤만을 분해하여 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포를 회수하는 단계;를 포함하는 중간엽줄기세포의 배양방법을 제공하고자 한다.The present invention comprises the steps of culturing by incorporating one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into a hydrogel; And recovering the mesenchymal stem cells grown and moved into the hydrogel from one or more tissues selected from the group consisting of subgastric mucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue by decomposing only hydrogel. To provide a culture method.
또한, 본 발명은 상기 배양방법에 의해 얻어진 줄기세포와, 이를 포함하는 세포치료제를 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a stem cell obtained by the culture method, and a cell therapy comprising the same.
본 발명은 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 하이드로젤 내에 함입시켜 배양하는 단계; 및 하이드로젤만을 분해하여 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포를 회수하는 단계;를 포함하는 중간엽줄기세포의 배양방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of culturing by incorporating one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into a hydrogel; And recovering the mesenchymal stem cells grown and moved into the hydrogel from one or more tissues selected from the group consisting of subgastric mucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue by decomposing only hydrogel. Provide a culture method.
상기 중간엽줄기세포의 배양방법의 일례로, 1) 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 피브린 하이드로젤 내에 함입시키는 제 1단계; 2) 성장배양액을 첨가하여 5 내지 30rpm 속도의 셰이커에서 3차원 장기배양 (organ culture)하는 제 2단계; 및 3) 유로키나아제, 스트렙토키나아제 및 플라즈민으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 분해효소를 처리하여 피브린 하이드로젤만을 분해시켜, 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포 및 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 회수하는 제 3단계; 및 4) 상기 회수된 중간엽줄기세포를 단층배양법으로 증폭시키는 제 4단계;를 포함할 수 있다.As an example of the method for culturing the mesenchymal stem cells, 1) a first step of incorporating at least one tissue selected from the group consisting of gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into fibrin hydrogel; 2) a second step of three-dimensional organ culture in a shaker at a speed of 5 to 30 rpm by adding the growth culture solution; And 3) at least one tissue selected from the group consisting of urokinase, streptokinase, and plasmin to decompose only fibrin hydrogels, thereby at least one tissue selected from the group consisting of gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelium and vascular epithelial tissue. Recovering at least one tissue selected from the group consisting of mesenchymal stem cells and gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, and vascular epithelial tissue grown and moved from the hydrogel to the hydrogel; And 4) amplifying the recovered mesenchymal stem cells by monolayer culture.
상기 위장관 점막하조직은 위 점막하조직, 소장 점막하조직 및 대장 점막하조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직일 수 있다.The gastrointestinal submucosa may be one or more tissues selected from the group consisting of gastric submucosa, small intestine submucosa and colonic submucosa.
상기 말초신경 외막조직은 상지 말초신경 외막조직 및 하지 말초신경 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직일 수 있다.The peripheral nerve epithelial tissue may be one or more tissues selected from the group consisting of upper and lower peripheral nerve epithelial tissue and lower peripheral nerve epithelial tissue.
상기 혈관 외막조직은 대정맥 외막조직, 대동맥 외막조직, 중정맥 외막조직 및 중동맥 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직일 수 있다.The vascular epithelial tissue may be one or more tissues selected from the group consisting of venous outer membrane tissue, aortic outer membrane tissue, middle vein outer membrane tissue, and middle arterial outer membrane tissue.
상기 하이드로젤은 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 콘드로이틴(chondroitin), 하알루로닉산(hyaluronic acid), 알지닌(alginic acid), 메트리젤(MatrigelTM), 키토산(chitosan), 펩티드(peptide), 피브린(fibrin), PGA(polyglycolic acid), PLA(polylactic acid), PEG(polyethylene glycol) 및 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 것일 수 있다.The hydrogel is collagen, gelatin, chondroitin, hyaluronic acid, alginic acid, matrigel, chitosan, chitosan, peptide. It may be one or more selected from the group consisting of fibrin (fibrin), polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLA), polyethylene glycol (PEG) and polyacrylamide (polyacrylamide).
상기 하이드로젤의 분해는 콜라지나아제, 젤라티나아제, 유로키나아제, 스트렙토키나아제, TPA(tissue plasminogen activator), 플라즈민(plasmin) 및 히알루로니다아제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 효소를 통하여 분해될 수 있다.The hydrogel can be degraded through one or more enzymes selected from the group consisting of collagenase, gelatinase, urokinase, streptokinase, TPA (tissue plasminogen activator), plasmin and hyaluronidase. have.
상기 중간엽줄기세포는 (i) CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 및 STRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성; (ⅱ) flk-1, CD14, CD34, 및 CD45으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 음성인 면역학적 특성; 및 (ⅲ) CD140b, CD146, 및 α-민무늬근 액틴 (α-smooth muscle actin)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성;으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 면역학적 특성을 가질 수 있다. The mesenchymal stem cells (i) immunological properties positive to at least one marker group selected from the group consisting of CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 and STRO-1; (Ii) immunological properties negative to at least one marker group selected from the group consisting of flk-1, CD14, CD34, and CD45; And (iii) immunological properties positive for CD140b, CD146, and one or more marker groups selected from the group consisting of α-smooth muscle actin.
상기 회수된 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직은 다시 제 1단계의 하이드로젤 내에 함입시켜 반복적으로 배양될 수 있다.One or more tissues selected from the group consisting of the recovered gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue may be repeatedly cultured by incorporating into the hydrogel of the first step.
상기 중간엽줄기세포의 배양방법은 일례로, 1) 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 트롬빈 및 피브리노젠이 혼합된 혼합액에 넣고 25℃ 내지 40℃에서 10 내지 180분간 중합반응을 시킴으로 피브린 하이드로젤 내로 함입시키는 단계; 2) 성장배양액을 첨가하여 25℃ 내지 40℃에서 3 내지 28일간 5 내지 30rpm 속도의 셰이커에서 3차원 장기배양(organ culture)하는 단계; 3) 하이드로젤의 0.5 내지 4배 (부피비)의 우로키나아제를 20℃ 내지 40℃에서 10 내지 180분간 처리하여 하이드로젤만을 분해시켜, 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포 및 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 회수하는 단계; 및 4) 하이드로젤로부터 회수한 중간엽줄기세포를 단층배양법으로 증폭시키는 단계; 를 포함하며, 상기 배양된 중간엽줄기세포는 (i) CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 및 STRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성; (ⅱ) flk-1, CD14, CD34, 및 CD45으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 음성인 면역학적 특성; 및 (ⅲ) CD140b, CD146, 및 α-민무늬근 액틴 (α-smooth muscle actin)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성;으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 면역학적 특성을 가지는 중간엽줄기세포의 배양방법을 제공한다.Method for culturing the mesenchymal stem cells, for example, 1) one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue in a mixture mixture of thrombin and
본 발명은 상기 배양방법에 의해 얻어진 중간엽줄기세포이며, 상기 중간엽줄기세포는 (i) CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 및 STRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성; (ⅱ) flk-1, CD14, CD34, 및 CD45으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 음성인 면역학적 특성; 및 (ⅲ) CD140b, CD146, 및 α-민무늬근 액틴 (α-smooth muscle actin)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성;으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 면역학적 특성을 가지는 중간엽줄기세포를 제공한다.The present invention is a mesenchymal stem cell obtained by the culture method, the mesenchymal stem cells are (i) immunological positive to at least one marker group selected from the group consisting of CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 and STRO-1 characteristic; (Ii) immunological properties negative to at least one marker group selected from the group consisting of flk-1, CD14, CD34, and CD45; And (iii) immunological properties positive for one or more marker groups selected from the group consisting of CD140b, CD146, and α-smooth muscle actin; mesenchymal stems having one or more immunological characteristics selected from the group consisting of: Provide the cells.
상기 중간엽줄기세포는 조골세포, 지방세포, 연골세포, 혈관내피세포, 신경세포 및 골격근세포로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 세포로의 분화력을 지닐 수 있다.The mesenchymal stem cells may have differentiation ability into one or more cells selected from the group consisting of osteoblasts, adipocytes, chondrocytes, vascular endothelial cells, neurons and skeletal muscle cells.
본 발명은 상기 중간엽줄기세포 또는 이의 분화된 세포를 유효성분으로 포함하는, 조골세포, 지방세포, 연골세포, 혈관내피세포, 신경세포 및 골격근세포로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 세포의 세포치료제를 제공한다.The present invention comprises a cell therapeutic agent of at least one cell selected from the group consisting of osteoblasts, adipocytes, chondrocytes, vascular endothelial cells, neurons and skeletal muscle cells, including the mesenchymal stem cells or differentiated cells thereof as an active ingredient. to provide.
상기 중간엽줄기세포는 하이드로젤과 혼합될 수 있다.The mesenchymal stem cells may be mixed with the hydrogel.
상기 세포치료제는 항염증제제, 줄기세포 동원인자 및 혈관성장 유도인자로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. The cell therapy agent may further include one or more selected from the group consisting of anti-inflammatory agents, stem cell mobilization factors and vascular growth inducers.
본 발명은 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직으로부터 분리된 다분화 능력과 자기복제 능력이 뛰어난 중간엽줄기세포를 제공하며, 이는 세포치료제 및 조직공학적 치료제 등의 바이오 신약 생산에 적용 가능하여 산업적 이용가능성이 높을 뿐 아니라, 성체줄기세포의 세포생물학적, 분자생물학적 기초 연구에도 사용되어 자가 증식과 분화 연구와 관련된 주요 세포신호전달기전을 규명하는데 도움을 줄 수 있다.The present invention provides mesenchymal stem cells excellent in the multipotent and self-replicating ability separated from the submucosal tissues of the gastrointestinal tract, peripheral nerve tissues and blood vessels of the outer membrane tissues, which produce bio-new drugs such as cell and histological therapeutics. In addition to its high industrial applicability, it can be used for basic cellular and molecular biological studies of adult stem cells to help identify key cellular signaling pathways involved in the study of autologous proliferation and differentiation.
도 1은 위장관, 말초신경, 혈관으로부터 수집된 점막하조직, 신경외막, 및 혈관외막조직을 나타내는 사진이다(Scale bar = 1 cm; IS, intestinal submucosa; BV, blood vessels; PN, peripheral nerve tissue).
도 2는 하이드로젤 지지 3차원 장기배양 (organ culture)법으로 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 혈관 외막조직을 배양하는 위상차 현미경 사진이다. 조직 내(Tissue) 방추상 모양의 세포 (arrow)가 피브린 하이드로젤 (Fibrin) 내로 이동하여 성장하는 사진이다 (Scale bar = 100㎛ . ACT-IS, 위장관 점막하조직; ACT-BV, 혈관의 외막조직; ACT-PN, 말초혈관의 외막조직).
도 3은 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직, 또는 혈관의 외막조직을 피브린 하이드로젤 내 함입시킨 후 3차원 배양과정 중 상기 조직에서 하이드로젤 내로 이동 성장한 세포의 형태학적 특성 및 면역학적 특성을 나타낸 도이다 (Scale bar = 100㎛, ACT-IS, 위장관 점막하조직; ACT-BV, 혈관의 외막조직; ACT-PN, 말초혈관의 외막조직).
도 4는 하이드로젤 지지 3차원 장기배양 (organ culture) 후 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 세포를 선택적으로 회수한 후, 회수한 세포의 단층배양 환경에서의 성장특성에 관한 도이다 (ACT-IS, 위장관 점막하조직; ACT-BV, 혈관의 외막조직; ACT-PN, 말초혈관의 외막조직).
도 5는 하이드로젤 내로 이동 성장한 세포를 희석하여 배양접시에 파종한 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 세포의 높은 콜로니 형성 능력, 즉 자기복제 능력을 나타내는 도이다 (ACT-IS, 위장관 점막하조직; ACT-BV, 혈관의 외막조직; ACT-PN, 말초혈관의 외막조직).
도 6은 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 세포는 인간 피부 섬유아세포 (human dermal fibroblast, HDF)와 비교하였을 때 더 많은 수의 콜로니를 형성하여, 높은 자기복제 능력을 지닌 것을 보여주는 도이다 (*, p < 0.01. ACT-IS, 위장관 점막하조직; ACT-BV, 혈관의 외막조직; ACT-PN, 말초혈관의 외막조직).
도 7은 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 세포가 단층배양환경에서 10회 이상 계대배양이 가능하다는 결과를 나타내는 도이다(ACT-IS, 위장관 점막하조직; ACT-BV, 혈관의 외막조직; ACT-PN, 말초혈관의 외막조직).
도 8은 말초신경 외막조직 및 위장관 점막하조직으로부터 유래한 세포의 실험실적 다 분화능력을 보여주는 사진으로서, 위장관 점막하조직 또는 말초신경 외막조직에서 이동 성장한 중간엽줄기세포는 조골세포 (calcein 염색) 및 지방세포 (sudan black 염색)로 분화하는 능력을 보여주는 도이다 (Scale bar = 100㎛, ACT-IS, 위장관 점막하조직; ACT-PN, 말초혈관의 외막조직).
도 9는 혈관의 외막조직으로부터 유래한 세포의 실험실적 분화능을 보여주는 사진으로서, 혈관의 외막조직에서 이동 성장한 중간엽줄기세포는 조골세포(A위, alizarin red 염색) 및 지방세포 (A아래, oil red O 염색)로 분화하는 능력을 보여주는 도이다 (Scale bar = 100㎛). 혈관의 외막조직으로부터 유래한 세포를 조골세포로 분화를 유도 시 해당 조골세포 특이 mRNA인 bone sialoprotein, osteocalcin, osteopontin이 발현되고, 지방세포로 분화를 유도 시 지방세포 특이 mRNA인 leptin, lipoprotein lipase, PPAR-가 발현되는 것을 나타내는 전기영동 도이다 (B). 또한 혈관의 외막조직으로부터 유래한 세포를 혈관내피세포로 분화를 유도 시 모세혈관모양 구조를 형성하고 (위), acetylated low density lipoprotein을 uptake하고 (아래, 좌), 혈관내피세포 특이 표지자인 CD31을 발현하는 (아래, 우)것을 나타내는 도이다(C).
도 10은 위장관 점막하조직 기원 중간엽줄기세포(IS-MSC) 및 말초신경 외막조직 기원 중간엽줄기세포(PN-MSC)의 생체 내 뼈조직 형성능력을 나타내는 도이다. 이식한 중간엽줄기세포에 의하여 뼈조직(*)이 형성되었으며, 그 주위로 조골세포(화살)가 둘러싸고 있다. 이들 조골세포는 인간-특이 미토콘드리아 항체(Anti-hMT)에 양성으로, 이식한 세포에 의하여 뼈가 형성됨을 나타내고 있다.
도 11은 위장관 점막하조직 기원 중간엽줄기세포(IS-MSC) 및 말초신경 외막조직 기원 중간엽줄기세포(PN-MSC)의 생체 내 지방조직 형성능력을 나타내는 도이다. 이식한 중간엽줄기세포에 의하여 지방조직(A, D, 화살)과 지방세포(B, E, oil red O 염색)이 형성되었으며, 이들 지방세포는 CM-DiI에 양성(C, F)으로 이식한 세포에 의하여 지방조직이 형성됨을 나타내고 있다. Figure 1 is a photograph showing the submucosal tissue, neuroepiderm, and vascular epidermal tissue collected from the gastrointestinal tract, peripheral nerves, blood vessels (Scale bar = 1 cm; IS, intestinal submucosa; BV, blood vessels; PN, peripheral nerve tissue).
FIG. 2 is a phase contrast micrograph of cultured gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelium, and vascular epithelium by hydrogel-supported three-dimensional organ culture. Tissue In the picture, fusiform cells (arrows) move and grow into fibrin (Fibrin) (Scale bar = 100㎛.ACT-IS, gastrointestinal submucosa; ACT-BV, vascular outer membrane tissue ACT-PN, outer membrane tissue of peripheral blood vessels).
FIG. 3 shows the morphological and immunological characteristics of cells grown into the hydrogels of the submucosal tissues of the gastrointestinal tract, peripheral nerve tissues of the peripheral nerves, or blood vessels after incorporation into the fibrin hydrogels during the three-dimensional culture. Figure (Scale bar = 100 μm, ACT-IS, gastrointestinal submucosa; ACT-BV, vascular outer membrane tissue; ACT-PN, peripheral vascular outer membrane tissue).
Figure 4 is a monolayer culture environment of the recovered cells after selectively recovering the cells grown and moved from the subgastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue into the hydrogel after the hydrogel-supported three-dimensional organ culture. Figure of growth characteristics in (ACT-IS, gastrointestinal submucosa; ACT-BV, vascular outer membrane tissue; ACT-PN, peripheral vascular outer membrane tissue).
Figure 5 shows the high colony capacity, that is, self-replicating ability of the cells grown by diluting the cells grown by migration into the hydrogel, and transplanted into the hydrogel from the gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epidermal tissue. (ACT-IS, submucosal tissue of the gastrointestinal tract; ACT-BV, vascular outer membrane tissue; ACT-PN, peripheral vascular outer membrane tissue).
FIG. 6 shows that cells migrated and grown from subgastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue into the hydrogel form a greater number of colonies when compared to human dermal fibroblasts (HDF). (*, P <0.01. ACT-IS, submucosal tissue of the gastrointestinal tract; ACT-BV, vascular outer membrane tissue; ACT-PN, peripheral vascular outer membrane tissue).
7 is a diagram showing the result that cells that have migrated and grown from hydrogastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue into hydrogels can be passaged more than 10 times in a monolayer culture environment (ACT-IS, gastrointestinal submucosa). ACT-BV, vascular outer membrane tissue; ACT-PN, peripheral vascular outer membrane tissue).
Figure 8 is a photograph showing the laboratory multi-differentiation ability of cells derived from peripheral nerve epithelial tissue and submucosa of the gastrointestinal tract, the mesenchymal stem cells migrating in the gastrointestinal submucosa or peripheral nerve epithelial tissue is osteoblasts (calcein staining) and fat Figure showing the ability to differentiate into cells (sudan black staining) (Scale bar = 100 μm, ACT-IS, gastrointestinal submucosa; ACT-PN, peripheral vascular outer membrane tissue).
Figure 9 is a photograph showing the laboratory differentiation of cells derived from the outer membrane tissue of blood vessels, the mesenchymal stem cells migrated and grown in the outer membrane tissue of blood vessels are osteoblasts (above A, alizarin red staining) and adipocytes (under A, oil red O staining) (Scale bar = 100 μm). Induced differentiation of cells derived from the outer membrane of blood vessels into osteoblasts expresses osteoblast-specific mRNAs such as bone sialoprotein, osteocalcin and osteopontin.Induced differentiation into adipocytes, leptin, lipoprotein lipase and PPAR. It is an electrophoretic diagram showing that-is expressed (B). In addition, when inducing differentiation of vascular endothelial cells from vascular epithelial tissues, they form capillary structures (top), uptake acetylated low density lipoprotein (bottom, left), and CD31, a vascular endothelial cell-specific marker. It is a figure which shows (below, right) to express (C).
Figure 10 is a diagram showing the ability to form bone tissue in vivo of the gastrointestinal submucosa-derived mesenchymal stem cells (IS-MSC) and peripheral nerve epithelial tissue-derived mesenchymal stem cells (PN-MSC). Bone tissue (*) is formed by the transplanted mesenchymal stem cells, and osteoblasts (arrows) are surrounded by the surroundings. These osteoblasts are positive for human-specific mitochondrial antibodies (Anti-hMT), indicating that bone is formed by the transplanted cells.
11 is a diagram showing the ability to form adipose tissue in vivo of the gastrointestinal submucosa-derived mesenchymal stem cells (IS-MSC) and peripheral nerve epithelial tissue-derived mesenchymal stem cells (PN-MSC). Adipose tissue (A, D, arrows) and adipocytes (B, E, oil red O staining) were formed by the transplanted mesenchymal stem cells, and these adipocytes were positively transplanted to CM-DiI (C, F). Adipose tissue is formed by one cell.
본 발명은 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 하이드로젤 내에 함입시켜 배양하는 단계; 및 하이드로젤만을 분해하여 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포를 회수하는 단계;를 포함하는 중간엽줄기세포의 배양방법, 상기 배양방법에 의해 배양된 중간엽줄기세포 및 이를 이용한 세포치료제를 제공한다.
The present invention comprises the steps of culturing by incorporating one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into a hydrogel; And recovering the mesenchymal stem cells grown and moved into the hydrogel from one or more tissues selected from the group consisting of subgastric mucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue by decomposing only hydrogel. It provides a culture method, mesenchymal stem cells cultured by the culture method and a cell therapy using the same.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 하이드로젤 내에 함입시켜 배양하는 단계; 및 하이드로젤만을 분해하여 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포를 회수하는 단계;를 포함하는 중간엽줄기세포의 배양방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of culturing by incorporating one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into a hydrogel; And recovering the mesenchymal stem cells grown and moved into the hydrogel from one or more tissues selected from the group consisting of subgastric mucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue by decomposing only hydrogel. Provide a culture method.
본 발명의 일례로, 상기 중간엽줄기세포의 배양방법은 1) 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 피브린 하이드로젤 내에 함입시키는 제 1단계; 2) 성장배양액을 첨가하여 5 내지 30rpm 속도의 셰이커에서 3차원 장기배양 (organ culture)하는 제 2단계; 및 3) 유로키나아제, 스트렙토키나아제 및 플라즈민으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 분해효소를 처리하여 피브린 하이드로젤만을 분해시켜, 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포 및 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 회수하는 제 3단계; 및 4) 상기 회수된 중간엽줄기세포를 단층배양법으로 증폭시키는 제 4단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method for culturing the mesenchymal stem cells includes the steps of 1) incorporating one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into fibrin hydrogel; 2) a second step of three-dimensional organ culture in a shaker at a speed of 5 to 30 rpm by adding the growth culture solution; And 3) at least one tissue selected from the group consisting of urokinase, streptokinase, and plasmin to decompose only fibrin hydrogels, thereby at least one tissue selected from the group consisting of gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelium and vascular epithelial tissue. Recovering at least one tissue selected from the group consisting of mesenchymal stem cells and gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, and vascular epithelial tissue grown and moved from the hydrogel to the hydrogel; And 4) amplifying the recovered mesenchymal stem cells by monolayer culture.
상기 위장관 점막하조직은 특별히 한정된 것은 아니나, 바람직하게는 위 점막하조직, 소장 점막하조직 및 대장 점막하조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직일 수 있다. The gastrointestinal submucosa is not particularly limited, but preferably, one or more tissues selected from the group consisting of gastric submucosa, small intestine submucosa and colon submucosa.
일례로, 상기 위장관 점막하조직은 위, 소장, 및 대장으로부터 점막하층에 분포하고 있는 조직을 분리하여 지방, 신경 및 혈전을 제거한 조직을 사용할 수 있다.For example, the gastrointestinal submucosal tissue may be divided into tissues distributed in the submucosal layer from the stomach, small intestine, and large intestine to remove fat, nerves, and blood clots.
상기 혈관 외막조직은 특별히 한정된 것은 아니나, 바람직하게는 대정맥 외막조직, 대동맥 외막조직, 중정맥 외막조직 및 중동맥 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직일 수 있다.The vascular envelope membrane is not particularly limited, but may be preferably one or more tissues selected from the group consisting of venous outer membrane tissue, aortic outer membrane tissue, midvenous outer membrane tissue, and middle arterial envelope tissue.
일례로, 혈관의 외벽에 분포하는 조직을 분리하여 지방, 신경 및 혈전을 제거한 조직을 사용할 수 있다. For example, tissues that are distributed on the outer wall of blood vessels may be used to remove fat, nerves, and blood clots.
상기 말초신경 외막조직은 특별히 한정된 것은 아니나, 바람직하게는 상지 말초신경 외막조직 및 하지 말초신경 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직일 수 있다.The peripheral nerve epithelial tissue is not particularly limited, but may preferably be one or more tissues selected from the group consisting of upper and lower peripheral nerve tissue and lower peripheral nerve outer tissue.
일례로, 신경의 외벽에 분포하는 조직을 분리하여 지방, 신경 및 혈전을 제거한 조직을 사용할 수 있다.For example, tissues that are distributed on the outer wall of nerves may be used to remove fat, nerves, and blood clots.
상기 조직은 배양 전 조직분해효소 처리과정 없이 생체 내의 구조가 보존된 상태로 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 생체 외에서 하이드로젤-지지 3차원 장기배양 (organ culture)할 수 있다.The tissue is hydrogel-supported in vitro at least one tissue selected from the group consisting of submucosal tissue of the gastrointestinal tract, peripheral nerve membrane and blood vessel envelope in a state in which the structure in vivo is preserved without pretreatment lyase. Dimensional organ culture.
상기 하이드로젤은 친수성 고분자가 공유 또는 비공유 결합으로 가교되어져 만들어진 3차원 망상구조물을 의미할 수 있다. 이는 구성 물질의 친수성으로 인해 수용액내 및 수성환경 하에서 많은 양의 물을 흡수하여 팽윤하지만 가교구조에 의해 용해되지 않는 성질을 가지고 있다. 또한, 본 발명의 하이드로젤은 하이드로젤 지지 3차원 장기배양 (organ culture)을 위해 용액상태로 존재하다가 졸과 젤로 전환될 수 있는 상전이 (phase transitional)성 하이드로젤이 바람직하다. 이는 용액상태에서 고형성 장기와 쉽게 혼합할 수 있으며, 졸과 젤로 전이되면서 고형성 장기를 물리적으로 완전하게 3차원 하이드로젤 내로 함입시킬 수 있다. 즉, 액상상태에서 고분자는 중합 (polymerization)과 교차결합 (cross-linkage) 과정을 통하여 젤로 상전이가 이루어지며, 이는 중합효소, 교차결합효소, 그리고 온도의 조절을 통하여 젤로 상전이를 조절할 수 있다. The hydrogel may refer to a three-dimensional network structure formed by crosslinking hydrophilic polymers by covalent or non-covalent bonds. Due to the hydrophilicity of the constituent material, it absorbs and swells a large amount of water in an aqueous solution and in an aqueous environment, but does not dissolve by crosslinking structure. In addition, the hydrogel of the present invention is preferably a phase transitional hydrogel that can be converted into a sol and a gel after being in solution for hydrogel-supported three-dimensional organ culture. It can be easily mixed with solid organs in solution and can be incorporated into three-dimensional hydrogels physically and completely as they transition into sols and gels. That is, in the liquid phase, the polymer is phase-transformed into the gel through polymerization and cross-linkage, which can control the phase transition into the gel by controlling the polymerase, cross-linking enzyme, and temperature.
본 발명의 하이드로젤은 특별히 한정되는 것은 아니나, 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 콘드로이틴(chondroitin), 하알루로닉산(hyaluronic acid), 알지닌(alginic acid), 메트리젤(MatrigelTM), 키토산(chitosan), 펩티드(peptide), 피브린(fibrin), PGA(polyglycolic acid), PLA(polylactic acid), PEG(polyethylene glycol) 및 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 콜라겐, 피브린, 메트리젤, 젤라틴과 같은 생체 내 세포외기질 기원 고분자로 구성된 하이드로젤일 수 있다. Hydrogel of the present invention is not particularly limited, but collagen (collagen), gelatin (gelatin), chondroitin (chondroitin), hyaluronic acid (hyaluronic acid), alginic acid (alginic acid), metrigel (MatrigelTM), chitosan (chitosan), peptide (peptide), fibrin (fibrin), polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLA), polyethylene glycol (PEG) and polyacrylamide (polyacrylamide) may be one or more selected, preferably May be a hydrogel composed of an in vitro extracellular matrix-derived polymer such as collagen, fibrin, metrigel, gelatin.
본 발명의 하이드로젤 내로 3차원적으로 함입시킴으로, 하이드로젤은 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직에 안전적인 물리적 지지를 제공함과 동시에 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직 내 존재하는 중간엽줄기세포를 하이드로젤 내로 이동하고 성장할 수 있는 세포외기질 기능을 동시에 제공할 수 있다. By incorporating three-dimensionally into the hydrogel of the present invention, the hydrogel provides safe physical support to the submucosal tissue of the gastrointestinal tract, peripheral nerve tissue and vascular epidermal tissue, and at the same time submucosal tissue of the gastrointestinal tract and peripheral nerve tissue. And the mesenchymal stem cells present in the outer membrane tissue of the blood vessels can provide the extracellular matrix function to move and grow into the hydrogel at the same time.
본 발명의 일례로, 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 트롬빈 및 피브리노젠이 혼합된 혼합액에 넣고 25℃ 내지 40℃에서 10 내지 180분간 중합반응을 시킴으로, 상기 조직을 피브린 하이드로젤 내로 3차원적으로 함입시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissues of the gastrointestinal tract, outer membrane tissues of the peripheral nerves, and outer membrane tissues of blood vessels are placed in a mixed solution of thrombin and fibrinogen and mixed at 10 to 180 at 25 ° C to 40 ° C. By polymerizing for a minute, the tissue can be incorporated three-dimensionally into the fibrin hydrogel.
본 발명의 성장배양액(culture media)는 생체 외(in vitro)에서 중간엽줄기세포의 성장을 유도할 수 있는 배지를 의미할 수 있고, 포유동물 세포배양에 사용되는 통상의 배지를 모두 포함할 수 있다. 본 발명의 일례로 상업적으로 제조된 세포배양액인 DMEM, RPMI 1640, F-10, F-12, a-최소필수배지(a-Minimal Essential Medium,a-MEM), Glasgow's Minimal Essential Medium, Iscove's Modified Dulbecco's Medium 등을 사용할 수 있다. The growth medium of the present invention (culture media) may mean a medium capable of inducing the growth of mesenchymal stem cells in vitro, and may include all the usual medium used for mammalian cell culture. have. As an example of the present invention, a commercially prepared cell culture medium DMEM, RPMI 1640, F-10, F-12, a-Minimal Essential Medium (a-MEM), Glasgow's Minimal Essential Medium, Iscove's Modified Dulbecco's Medium can be used.
상기 배양액 내에는 중간엽줄기세포의 동원, 성장을 촉진시킬 수 있는 성장인자를 추가로 포함할 수 있으며, 이들 성장인자는 혈청, 즉 인간을 포함한 동물의 혈청, bFGF(basic fibroblastic growth factor), VEGF(vascular endothelial growth factor), 인슐린(Insulin), EGF(epidermal growth gactor), LIF(leukemia inhibitory factor), IGF(insulin-like growth factor), PDGF(platelet-derived growth factor), SCF(stem cell factor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 배지는 페니실린, 스트렙토마이신, 겐타마이신 등의 항생제를 포함할 수 있다.The culture medium may further include growth factors capable of mobilizing mesenchymal stem cells and promoting growth, and these growth factors may include serum, that is, serum of animals including humans, basic fibroblastic growth factor (bFGF), and VEGF. (vascular endothelial growth factor), insulin (Insulin), epidermal growth gactor (EGF), leukemia inhibitory factor (LIF), insulin-like growth factor (IGF), platelet-derived growth factor (PDGF), stem cell factor (SCF) And the like. In addition, the medium may include antibiotics such as penicillin, streptomycin, gentamicin and the like.
본 발명의 일례로, 성장배양액은 DMEM:HamsF12 (1:1)혼합물, 우태아혈청, EGF, bFGF, IGF, 젠타마이신으로 구성될 수 있으며, 보다 구체적으로 70 내지 95 (vol/vol) % DMEM:Hams F12 (1:1)혼합물, 5 내지 15 (vol/vol)% 우태아혈청, 5 내지 50 ng/ml EGF, 0.5 내지 10 ng/ml bFGF, 5 내지 50 ng/ml IGF, 5 내지 50 mg/ml 젠타마이신으로 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the growth medium may be composed of DMEM: HamsF12 (1: 1) mixture, fetal calf serum, EGF, bFGF, IGF, gentamicin, more specifically 70 to 95 (vol / vol)% DMEM : Hams F12 (1: 1) mixture, 5-15 (vol / vol)% Fetal Bovine Serum, 5-50 ng / ml EGF, 0.5-10 ng / ml bFGF, 5-50 ng / ml IGF, 5-50 mg / ml gentamycin.
본 발명의 일례로, 하이드로젤 내로 함입된 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 또는 혈관의 외막조직이 포함된 배양용기에 성장배양액을 첨가하여 25℃ 내지 40℃에서 5일 내지 28일간 배양할 수 있다.As an example of the present invention, the growth medium is added to the culture vessel containing the submucosal tissue of the gastrointestinal tract, peripheral nerve membrane or blood vessel outer membrane tissue embedded into the hydrogel to be cultured for 5 to 28 days at 25 ℃ to 40 ℃ Can be.
종래에 장기(organ)절편의 3차원 배양은 산소 및 영양분 교환을 증진하기 위하여 공기 중에 장기절편을 노출시켜 배양하는 방법과 오비탈 셰이커(orbital shaker)에서 역동적(dynamic)으로 배양하는 방법이 존재하였는데, 장기절편을 공기 중에 노출시켜 배양하는 방법은 영양분 공급이 제한적이기에 장기간 배양에는 적합하지 않으며, 또한 역동적 배양은 배양액의 와류에 의하여 배양액으로 노출된 장기절편이 shearing 손상을 받게 되는 문제점이 존재하였다. Conventionally, in the three-dimensional culture of organ sections, a method of culturing by exposing organ sections in air to enhance oxygen and nutrient exchange, and a method of dynamically culturing in an orbital shaker, The method of culturing organ sections by exposing them to air is not suitable for long-term cultivation because of limited nutrient supply. In addition, the dynamic culture has a problem in that organ sections exposed to culture medium by shear vortex are damaged by shearing.
그러나 본 발명의 하이드로젤에 함입된 상태로 오비탈 셰이커에 장기(organ)배양시, 심근조직이 하이드로젤에 함입되어 있어 shearing 손상을 받지 않을 수 있고 셰이킹(shaking)을 통해 충분한 산소와 영양분을 공급받아 심장전구세포의 성장을 촉진시킬 수 있다.However, when organ cultured in the orbital shaker in the state of being embedded in the hydrogel of the present invention, myocardial tissue is embedded in the hydrogel so that it may not be damaged by shearing and supply sufficient oxygen and nutrients through shaking. It can accelerate the growth of cardiac precursor cells.
셰이킹(shaking) 속도는 특별히 한정된 것은 아니나, 바람직하게는 5 내지 30 rpm 속도일 수 있다. 셰이킹 속도가 상기보다 낮을 때는 산소와 영양분의 공급이 충분히 이루어지지 않을 수 있으며, 상기보다 높을 때는 심근절편의 shearing 손상이 일어날 수 있고 하이드로젤 내의 심장전구세포 배양의 안정성이 손상될 수 있다.Shaking speed is not particularly limited, but may be preferably 5 to 30 rpm speed. When the shaking speed is lower than the above, supply of oxygen and nutrients may not be sufficient, and when higher, the shearing damage of myocardial sections may occur and the stability of cardiac progenitor cell culture in the hydrogel may be impaired.
상기 하이드로젤-지지 3차원 장기배양 (organ culture) 단계 후 하이드로젤 내로 이동/성장한 중간엽줄기세포들을 회수하기 위해, 하이드로젤만을 선택적으로 분해시킬 수 있다.To recover the mesenchymal stem cells migrated / grown into the hydrogel after the hydrogel-supported three-dimensional organ culture step, only the hydrogel may be selectively degraded.
상기 하이드로젤의 분해는 하이드로젤 구성 고분자를 선택적으로 분해하는 효소를 배양액에 첨가함으로 이룰 수 있다. Degradation of the hydrogel can be achieved by adding an enzyme that selectively degrades the hydrogel constituent polymer to the culture.
상기 하이드로젤 구성 고분자 분해 효소는 특별히 한정된 것은 아니나, 콜라지네이즈, 젤라티네이즈, 유로카이네이즈(urokinase), 스트렙토카이네이즈(streptokinase), TPA(tissue plasminogen activator), 플라즈민(plasmin) 및 히알루노니데이즈(hyaluronidase)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The hydrogel constituent polymerase is not particularly limited, but collagenase, gelatinase, eurokinase, streptokinase, TPA (tissue plasminogen activator), plasmin, and hyaluronidase ( hyaluronidase) may include one or more selected from the group consisting of.
일례로, 콜라겐 하이드로젤, 젤라틴 하이드로젤, 혹은 매트리젤을 사용하여 본 발명의 조직을 3차원 장기배양(organ culture)한 경우는 콜라지네이즈 혹은 젤라티네이즈를 배양액 내로 첨가하여 하이드로젤을 선택적으로 분해시킬 수 있으며, 피브린 하이드로젤을 사용한 경우는 유로카이네이즈(urokinase), 스트렙토카이네이즈(streptokinase), TPA(tissue plasminogen activator), 플라즈민(plasmin) 군에서 하나 이상을 선택하여 배양액 내로 첨가하여 피브린 하이드로젤을 선택적으로 분해시킬 수 있으며, 히아루닌산 하이드로젤은 히알루노니데이즈(hyaluronidase)를 사용하여 하이드로젤만을 선택적으로 분해시킬 수 있다.For example, in the case of 3-dimensional organ culture of the tissue of the present invention using collagen hydrogel, gelatin hydrogel, or matrigel, hydrogel may be selectively added by adding collagenase or gelatinase into the culture medium. Fibrin hydrogel can be decomposed, and when fibrin hydrogel is used, fibrin hydrogel can be added to the culture medium by selecting one or more from eurokinase, streptokinase, TPA (tissue plasminogen activator) and plasmin (plasmin). It can be selectively decomposed, hyaluronic acid hydrogel can be selectively decomposed only hydrogel using hyaluronidase (hyaluronidase).
상기 배양액 내로 하이드로젤 구성 고분자를 선택적으로 분해하는 분해효소를 첨가한 후 20℃ 내지 40℃에서 10분 내지 180분간 반응시키면 하이드로젤만이 선택적으로 분해되나, 하이드로젤 내의 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동/성장한 중간엽줄기세포 및 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 손상 없이 하이드로젤로부터 분리, 회수할 수 있다. After addition of a degrading enzyme that selectively decomposes the hydrogel constituent polymer into the culture medium, the hydrogel is selectively decomposed when reacted at 20 ° C. to 40 ° C. for 10 minutes to 180 minutes, but the submucosal tissue of the gastrointestinal tract in the hydrogel and peripheral nerves At least one selected from the group consisting of mesenchymal stem cells and submucosal tissues of the gastrointestinal tract, perimucosal tissues of the gastrointestinal tract, and outer membrane tissues of the blood vessels Tissue can be isolated and recovered from the hydrogel without damage.
상기 하이드로젤로부터 회수한 중간엽줄기세포의 증폭 배양방법은 특별히 한정된 것은 아니나, 바람직하게는 단층배양 방법을 이용함으로 고수율의 중간엽줄기세포를 얻을 수 있다.The amplification culture method of the mesenchymal stem cells recovered from the hydrogel is not particularly limited, but preferably by using a monolayer culture method, high yields of mesenchymal stem cells can be obtained.
본 발명의 일례로, 하이드로젤로부터 회수한 중간엽줄기세포를 배양용기에 파종후, 배양용기 표면적의 60 내지 90%를 차지하면, 이들 세포를 트립신 (trypsin)-EDTA로 처리하여 배양용기에서부터 떼어내고, 다시 새로운 배양용기에 파종하여 계대배양(subculture)할 수 있다. 이러한 단층배양법으로 15회 이상의 계대배양 과정을 통하여 하이드로젤로부터 회수한 중간엽줄기세포는 100 배 이상 증폭 배양할 수 있다. In one example of the present invention, when the mesenchymal stem cells recovered from the hydrogel are seeded in the culture vessel, and occupy 60 to 90% of the surface area of the culture vessel, the cells are treated with trypsin-EDTA and separated from the culture vessel. Subcultures can be taken out and seeded again in new culture vessels. The mesenchymal stem cells recovered from the hydrogel through 15 or more passages in this monolayer culture method can be amplified and cultured 100 times or more.
또한, 상기 하이드로젤만을 선택적으로 분해하여 회수한 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직 및 혈관의 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 다시 하이드로젤 내로 함입시켜 반복적으로 3차원 장기배양(organ culture)을 시행하여 반복적으로 중간엽줄기세포의 분리, 배양이 가능하며, 배양이 끝나고 회수시 하이드로젤만을 선택적으로 분해하기에 중간엽줄기세포의 구조가 온전히 보존된 상태를 유지할 수 있다.In addition, one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissue of the gastrointestinal tract, peripheral nerve tissue and blood vessel outer tissue recovered by selectively decomposing only the hydrogel are re-incorporated into the hydrogel and repeatedly three-dimensional organ culture (organ It is possible to isolate and culture the mesenchymal stem cells repeatedly by performing a culture) and to maintain the structure of the mesenchymal stem cells intact because the hydrogel is selectively decomposed when the culture is completed and recovered.
상기 배양방법에 의하여 하이드로젤-지지 3차원 장기배양(organ culture) 배양 14일 후에는 1g의 위장관의 점막하조직, 말초신경의 외막조직, 및/또는 혈관의 외막조직으로부터 2백만 개 이상의 중간엽줄기세포를 회수할 수 있었고, 하이드로젤로부터 분리 회수된 중간엽줄기세포의 95% 이상이 생존율을 보였다. More than 2 million mesenchymal stems from 1 g of submucosal tissue of the gastrointestinal tract, peripheral outer membrane tissue, and / or outer membrane tissue of blood vessels after 14 days of hydrogel-supported three-dimensional organ culture. Cells could be recovered and at least 95% of the mesenchymal stem cells separated and recovered from the hydrogel showed viability.
또한, 상기의 배양방법에 의해 얻어진 중간엽줄기세포는 (i) CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 및 STRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성; (ⅱ) flk-1, CD14, CD34, 및 CD45으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 음성인 면역학적 특성; 및 (ⅲ) CD140b, CD146, 및 α-민무늬근 액틴 (α-smooth muscle actin)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성;으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 면역학적 특성을 지닐 수 있으며, 자기복제 능력 및 다분화 능력이 뛰어나서, 뼈, 연골, 지방, 힘줄, 혈관, 섬유아세포, 근육세포, 신경세포 등으로 분화할 수 있다. In addition, the mesenchymal stem cells obtained by the above culture method (i) immunological properties positive to at least one marker group selected from the group consisting of CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 and STRO-1; (Ii) immunological properties negative to at least one marker group selected from the group consisting of flk-1, CD14, CD34, and CD45; And (iii) an immunological property positive for one or more marker groups selected from the group consisting of CD140b, CD146, and α-smooth muscle actin; and may comprise one or more immunological properties selected from the group consisting of: Excellent self-replicating ability and multi-differentiation ability to differentiate into bone, cartilage, fat, tendon, blood vessels, fibroblasts, muscle cells, nerve cells and the like.
본 발명의 바람직한 일례로, 중간엽줄기세포의 배양방법은 1) 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 트롬빈 및 피브리노젠이 혼합된 혼합액에 넣고 25℃ 내지 40℃에서 10 내지 180분간 중합반응을 시킴으로 피브린 하이드로젤 내로 함입시키는 단계; 2) 성장배양액을 첨가하여 25℃ 내지 40℃에서 3 내지 28일간 5 내지 30rpm 속도의 셰이커에서 하이드로젤-지지 3차원 장기배양(organ culture)하는 단계; 3) 하이드로젤의 0.5 내지 4배 (부피비)의 우로키나아제를 20℃ 내지 40℃에서 10 내지 180분간 처리하여 하이드로젤을 분해시켜, 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포를 회수하는 단계; 및 4) 하이드로젤로부터 회수한 중간엽줄기세포를 단층배양법으로 증폭시키는 단계; 를 포함하는, (i) CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 및 STRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성; (ⅱ) flk-1, CD14, CD34, 및 CD45으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 음성인 면역학적 특성; 및 (ⅲ) CD140b, CD146, 및 α-민무늬근 액틴 (α-smooth muscle actin)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성;으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 면역학적 특성을 가지는 중간엽줄기세포의 배양방법에 의할 수 있다.
In one preferred embodiment of the present invention, the method for culturing the mesenchymal stem cells 1) one or more tissues selected from the group consisting of submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into a mixture of thrombin and
본 발명은 상기 배양방법에 의해 얻어진 중간엽줄기세포이며, 상기 중간엽줄기세포는 (i) CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 및 STRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성; (ⅱ) flk-1, CD14, CD34, 및 CD45으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 음성인 면역학적 특성; 및 (ⅲ) CD140b, CD146, 및 α-민무늬근 액틴 (α-smooth muscle actin)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성;으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 면역학적 특성을 가지는 중간엽줄기세포를 제공한다.The present invention is a mesenchymal stem cell obtained by the culture method, the mesenchymal stem cells are (i) immunological positive to at least one marker group selected from the group consisting of CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 and STRO-1 characteristic; (Ii) immunological properties negative to at least one marker group selected from the group consisting of flk-1, CD14, CD34, and CD45; And (iii) immunological properties positive for one or more marker groups selected from the group consisting of CD140b, CD146, and α-smooth muscle actin; mesenchymal stems having one or more immunological characteristics selected from the group consisting of: Provide the cells.
상기 중간엽줄기세포는 1 내지 15회까지 노화의 진행 없이 계대배양이 가능하고 110 내지 140회 세포분열능력을 지닐 수 있다.The mesenchymal stem cells can be passaged without progress of aging up to 1 to 15 times and may have a cell division capacity of 110 to 140 times.
상기 중간엽줄기세포는 자기복제능력과 다분화 능력이 뛰어나며, 상기 중간엽줄기세포에서 다양한 세포로 분화를 유도하는 방법으로는, 당업계의 공지된 방법에 의할 수 있으며, 분화유도배지로부터 혈청 또는 혈청 대체물을 제거함으로써 또는 분화를 촉진하는 성분을 첨가함으로써 분화를 유도할 수 있다. The mesenchymal stem cells are excellent in self-replicating ability and multi-differentiation ability, as a method of inducing differentiation from the mesenchymal stem cells to a variety of cells, may be by a method known in the art, serum from differentiation-inducing medium Or differentiation can be induced by removing serum replacements or by adding components that promote differentiation.
본 발명의 일례로, 중간엽줄기세포를 지방세포로의 분화를 유도하기 위한 배지로는 3-아이소부틸-1-메틸크산틴(3-siobutyl-1-methylxanthine), 인도메타신(indomethacin), 덱사메타손(dexamethasone), 인슐린, 우태아혈청을 포함하는 DMEM를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 1 mM 3-아이소부틸-1-메틸크산틴, 60 내지 100 μM 인도메타신, 0.5 내지 2 μM 덱사메타손, 1 내지 10 ㎍/ml 인슐린, 1 내지 20 % 우태아혈청을 포함하는 DMEM 배지를 사용할 수 있다. 상기 배지에서 분화유도기간은 특별히 한정되는 것은 아니나 5 내지 30일, 바람직하게는 10 내지 20일일 수 있다.In one embodiment of the present invention, as a medium for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into adipocytes, 3-isobutyl-1-methylxanthine, indomethacin, dexamethasone (dexamethasone), insulin, DMEM containing fetal bovine serum may be used, preferably 0.1 to 1 mM 3-isobutyl-1-methylxanthine, 60 to 100 μM indomethacin, 0.5 to 2 μM dexamethasone, DMEM medium containing 1-10 μg / ml insulin, 1-20% fetal bovine serum can be used. The differentiation induction period in the medium is not particularly limited, but may be 5 to 30 days, preferably 10 to 20 days.
본 발명의 일례로, 중간엽줄기세포를 조골세포로의 분화를 유도하기 위한 배지로는 덱사메타손, 아스코르베이트-2포스페이트(ascorbate-2-phosphate), (베타)-글리세로포스페이트(β-glycerophosphate), 및 우태아혈청을 포함하는 α-MEM일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 2 μM 덱사메타손, 30 내지 80 μM 아스코르베이트-2-포스페이트, 5 내지 15 mM (베타)-글리세로포스페이트, 1 내지 20 % 우태아혈청을 포함하는 α-MEM일 수 있다.In one embodiment of the present invention, as a medium for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts, dexamethasone, ascorbate-2-phosphate, (beta) -glycerophosphate (β-glycerophosphate) ), And α-MEM comprising fetal calf serum, preferably 0.1 to 2 μM dexamethasone, 30 to 80 μM ascorbate-2-phosphate, 5 to 15 mM (beta) -glycerophosphate, 1 Α-MEM comprising 20% fetal calf serum.
본 발명의 일례로, 중간엽줄기세포를 연골세포로의 분화를 유도하기 위해 마이크로매스 배양법(micromass culture method)을 사용할 수 있다. 이때의 분화를 유도하기 위한 배지로는 형질전환성장인자-(베타)1(transforming growth factor-β1), 아스코르베이트-2-포스페이트, 인슐린, 우태아혈청을 포함하는 DMEM 배지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 10 ㎍/ml 인슐린, 5 내지 20 ng/ml 형질전환성장인-(베타)1(transforming growth factor-β1), 30 내지 80μM 아스코르베이트-2-포스페이트, 0.1 내지 2 % 우태아혈청을 포함하는 DMEM 배지를 사용할 수 있다.In one example of the present invention, a micromass culture method may be used to induce differentiation of mesenchymal stem cells into chondrocytes. At this time, as a medium for inducing differentiation, DMEM medium containing a transforming growth factor- (beta) 1, ascorbate-2-phosphate, insulin, and fetal bovine serum may be used. Preferably 1 to 10 μg / ml insulin, 5 to 20 ng / ml transforming growth factor-β1, 30 to 80 μM ascorbate-2-phosphate, 0.1 to 2% DMEM medium containing fetal serum may be used.
본 발명의 일례로, 중간엽줄기세포를 혈관내피세포의 분화를 유도하기 위해 피브린 하이드로젤위로 세포를 파종한 후 혈관내피성장인자(vascular endothelial growth factor, VEGF), bFGF, EGF, dimethyl methyl sulfoxide(DMSO)를 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, after seeding the cells on fibrin hydrogel to induce differentiation of vascular endothelial cells, vascular endothelial growth factor (VEGF), bFGF, EGF, dimethyl methyl sulfoxide ( DMSO) can be used.
본 발명의 일례로, 중간엽줄기세포를 골격근세포의 분화를 유도하기 위해 100% 밀도가 되도록 배양용기에 파종한 후, 형질전환성장인자-(베타)1(transforming growth factor-β1) 및 10 % 우태아혈청을 포함한 DMEM을 이용하여 골격근세포로의 분화를 유도할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, after seeding the mesenchymal stem cells in the culture vessel to a density of 100% to induce differentiation of skeletal muscle cells, transforming growth factor- (beta) 1 (transforming growth factor-β1) and 10% DMEM containing fetal bovine serum can be used to induce differentiation into skeletal muscle cells.
본 발명은 상기 중간엽줄기세포 또는 이의 분화된 세포를 유효성분으로 포함하는, 조골세포, 지방세포, 연골세포, 혈관내피세포, 신경세포 및 골격근세포로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 세포의 세포치료제를 제공한다.The present invention comprises a cell therapeutic agent of at least one cell selected from the group consisting of osteoblasts, adipocytes, chondrocytes, vascular endothelial cells, neurons and skeletal muscle cells, including the mesenchymal stem cells or differentiated cells thereof as an active ingredient. to provide.
본 발명에서 중간엽줄기세포 기원 세포치료제는 사람으로부터 분리, 배양 및 특수한 조작을 통해 제조된 세포 및 조직으로 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 바이오의약품 (한국식품의약청 및 미국 FDA규정)으로서, 세포 혹은 조직의 기능을 복원시키기 위하여 살아있는 자가 혹은 동종 세포를 체외에서 증폭시키고, 선별하거나, 혹은 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품을 지칭할 수 있다. 세포 치료제는 세포의 분화 정도에 따라 크게 체세포치료제, 줄기세포치료제로 분류되며, 본 발명은 특히 줄기세포치료제에 관한 것을 제공한다.In the present invention, the mesenchymal stem cell-derived cell therapeutic agent is a biopharmaceutical (Korea Food and Drug Administration and US FDA regulations) used for the purpose of treatment, diagnosis, and prevention with cells and tissues prepared through isolation, culture, and special manipulation from humans. In order to restore the function of a cell or tissue, a drug used for the purpose of treatment, diagnosis, and prevention through a series of actions, such as amplifying, selecting, or changing the biological characteristics of a living autologous or allogeneic cell in vitro. May be referred to. Cell therapy agents are largely classified into somatic cell therapy and stem cell therapy according to the degree of differentiation of cells, and the present invention particularly relates to stem cell therapy.
본 발명의 줄기세포는, 조직 세포의 재생 및 회복방법, 그리고 생체 내(in vivo)에서 일어날 수 있는 상기 세포들의 분화 방법을 포함하는 치료방법에 직접적으로 사용될 수 있다. 줄기세포 및 분화된 세포를 이용하여 손상된 조직의 재생 및/또는 형성이 될 수 있으며, 또한 정상적으로 발생하지 않은 경우처럼 기관이 손상 받지 않은 때에도 적용할 수 있다. 따라서 본 발명의 조직세포 재생은 조직의 성장 또는 개선 방법 모두를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다.Stem cells of the present invention can be used directly in methods of treatment, including methods of regenerating and restoring tissue cells, and methods of differentiating such cells that can occur in vivo. Stem cells and differentiated cells may be used to regenerate and / or form damaged tissues, and may also be applied when organs are not damaged, such as when they do not occur normally. Thus, tissue cell regeneration of the present invention should be broadly interpreted to encompass both methods of growth or improvement of tissue.
또한, 본 발명은 상기 중간엽줄기세포 또는 이의 분화된 세포뿐만 아니라, 상기 중간엽줄기세포 또는 이의 분화된 세포에 유전자 변형을 가한 경우도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다. In addition, the present invention may be included in the scope of the present invention when a genetic modification is applied to the mesenchymal stem cells or their differentiated cells as well as the mesenchymal stem cells or the differentiated cells thereof.
본 발명의 중간엽줄기세포 및 이로부터 분화된 세포는 특정한 성질을 가지게 유전자 조작될 수도 있고, 그런 후 유전자 치료를 위해 사용될 수도 있다.Mesenchymal stem cells of the present invention and cells differentiated therefrom may be genetically engineered with specific properties and then used for gene therapy.
본 발명의 일례로, 상기 조골세포로 분화할 수 있는 중간엽줄기세포 또는 상기 분화방법에 의해 조골세포로 분화된 중간엽줄기세포를 유효성분으로 포함하는 골조직 재생 또는 치료용 세포치료제를 제공한다. In one embodiment of the present invention, there is provided a cell therapy agent for bone tissue regeneration or treatment comprising mesenchymal stem cells capable of differentiating into osteoblasts or mesenchymal stem cells differentiated into osteoblasts by the differentiation method as an active ingredient.
상기 골조직 재생용 세포치료제는 골조직 질환, 또는 기형형성 등에 관한 사용될 수 있으며, 일례로 유방암 또는 전립선암 등의 종양이 뼈로 전이되어 발생한 골 전이암 병소(bone metastatic lesion) 혹은 원발성(primary)으로 뼈에 생성된 종양을 치료하기 위하여 방사선 치료 혹은 외과적 절제수술 이후에 발생하는 뼈가 소실된 경우, 골다공증, 류마티스성 또는 퇴행성 관절염, 치주질환, 염증성 치조골 흡수 질환, 염증성 뼈 흡수 질환 및 파게트 질병(Paget's disease) 등에 사용될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. The cell therapeutic agent for bone tissue regeneration may be used for bone tissue disease or malformation. For example, bone metastatic lesions or primary tumors caused by tumors such as breast cancer or prostate cancer metastasized to bone may be applied to bone. Osteoporosis, rheumatoid or degenerative arthritis, periodontal disease, inflammatory alveolar bone resorption disease, inflammatory bone resorption disease and Paguet's disease when bones that occur after radiation or surgical resection are treated to treat the resulting tumor diseases) and the like, but the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일례로, 상기 지방세포로 분화할 수 있는 중간엽줄기세포 또는 상기 분화방법에 의해 지방세포로 분화가 유도된 중간엽줄기세포를 유효성분으로 포함하는 지방조직 재생용 세포치료제를 제공한다. 상기 지방조직 재생용 세포치료제는 연부조직 결손 관련 질환과 성형 및 미용을 목적으로 사용하는 경우에도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, there is provided a cell therapy agent for adipose tissue regeneration comprising mesenchymal stem cells capable of differentiating into adipocytes or mesenchymal stem cells induced to differentiate into adipocytes by the differentiation method as an active ingredient. . The cell therapy agent for adipose tissue regeneration may be included in the scope of the present invention even when used for soft tissue defect-related diseases and cosmetic and cosmetic purposes.
본 발명의 일례로, 상기 연골세포로 분화될 수 있는 중간엽줄기세포 또는 상기 분화방법에 의해 연골세포로 분화된 중간엽줄기세포를 유효성분으로 포함하는 연골조직 재생용 세포치료제를 제공한다. 상기 연골조직 재생용 세포치료제는 연골관련 질환 또는 기형형성에 사용될 수 있으며, 일례로 퇴행성 관절염, 류마티스성 관절염, 외상에 의한 연골손상 등에 사용될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, there is provided a cell therapy for cartilage tissue regeneration comprising mesenchymal stem cells that can be differentiated into chondrocytes or mesenchymal stem cells differentiated into chondrocytes by the differentiation method as an active ingredient. The cell therapy agent for cartilage tissue regeneration may be used for cartilage-related diseases or malformations, and for example, it may be used for degenerative arthritis, rheumatoid arthritis, cartilage damage due to trauma, but the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일례로, 상기 혈관내피세포로 분화되는 중간엽줄기세포 또는 상기 분화방법에 의해 혈관내피세포로 분화된 중간엽줄기세포를 유효성분으로 포함하는 혈관재생용 세포치료제를 제공한다. In one embodiment of the present invention, there is provided a cell therapy agent for vascular regeneration comprising mesenchymal stem cells differentiated into vascular endothelial cells or mesenchymal stem cells differentiated into vascular endothelial cells by the differentiation method as an active ingredient.
상기 혈관재생용 또는 치료용 세포치료제는 허혈성 질환에 사용될 수 있으며, 혈관형성을 통해 완화, 치료, 또는 예방될 수 있는 임의의 질환 또는 장애의 치료, 완화, 또는 예방에 사용될 수 있다. 일례로, 혈관조직 치료용 세포치료제는 심혈관 질환, 뇌혈관 질환, 허혈성 질환 등에 사용될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 혈관이 부족 혹은 파괴되어 발생하는 질환인 화상, 창상, 열상, 피부 궤양, 욕창, 당뇨병성 궤양에 사용될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The angiogenesis or therapeutic cell therapy may be used for ischemic diseases, and may be used for the treatment, alleviation, or prevention of any disease or disorder that can be alleviated, treated, or prevented through angiogenesis. For example, the cell therapy agent for vascular tissue treatment may be used for cardiovascular disease, cerebrovascular disease, ischemic disease, and the like, but the scope of the present invention is not limited thereto. In addition, it may be used in burns, wounds, lacerations, skin ulcers, bedsores, diabetic ulcers, which are diseases caused by lack or destruction of blood vessels, but the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일례로, 상기 골격근세포로 분화될 수 있는 중간엽줄기세포 또는 상기 분화방법에 의해 골격근세포로 분화가 유도된 중간엽줄기세포를 유효성분으로 포함하는 근조직 재생용 세포치료제를 제공한다. In one embodiment of the present invention, there is provided a therapeutic agent for muscle tissue regeneration comprising mesenchymal stem cells capable of differentiating into skeletal muscle cells or mesenchymal stem cells induced to differentiate into skeletal muscle cells by the differentiation method as an active ingredient.
상기 근조직 재생용 세포치료제는 사고 및 외상으로 인한 골격근 결손, 신경성 골격근 위축, 이형성 골격근 질환 등에 적용할 수 있지만, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. Cell therapy for muscle tissue regeneration may be applied to skeletal muscle defects, neurological skeletal muscle atrophy, dysplastic skeletal muscle disease due to accidents and trauma, but the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 중간엽줄기세포 기원 세포치료제는 치료의 목적에 적합한 방법으로 투여될 수 있으며, 국소 혹은 전신 투여로 환자에게 전달될 수 있다. 일례로, 투여방법으로는 정맥주사, 피하주사, 근육주사, 복강 내 주사 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The mesenchymal stem cell-derived cell therapy of the present invention may be administered by a method suitable for the purpose of treatment, and may be delivered to a patient by local or systemic administration. For example, the administration method may be intravenous injection, subcutaneous injection, intramuscular injection, intraperitoneal injection, or the like, but is not limited thereto.
상기 세포치료제는 당업계에 알려진 일반적인 세포치료제의 제형으로 이루어질 수 있으며 (참조: 문헌 [Remington's Pharmaceutical Science; Mack Publishing Company, Easton PA), 일례로, 주사제의 형태로 제조될 수 있고, 외과적인 수술을 통하여 손상된 조직 및 장기에 직접 이식될 수 있으며, 정맥에 투여될 수 있는데, 상기 투여된 세포치료제는 손상된 조직 또는 장기로도 이동할 수 있다.The cell therapy may be in the form of a general cell therapy known in the art (Remington's Pharmaceutical Science; Mack Publishing Company, Easton PA), for example, may be prepared in the form of injections, and surgical Can be directly implanted into damaged tissues and organs, and can be administered intravenously, wherein the administered cell therapy can also migrate to the damaged tissues or organs.
본 발명의 중간엽줄기세포 또는 상기 중간엽줄기세포로부터 분화된 세포를 유효성분으로 하는 치료용 조성물은 세포 단독 혹은 담체에서 배양된 상태로 환자의 생체 내로 주입될 수 있다. The therapeutic composition comprising the mesenchymal stem cells of the present invention or cells differentiated from the mesenchymal stem cells as an active ingredient may be injected into the patient's body in a culture alone or in a carrier.
상기 담체는 그 종류에 있어 특별히 한정된 것은 아니나, 바람직하게는 하이드로젤일 수 있다. 상기 하이드로젤은 구성 고분자의 농도를 조절하여 생체 내에서 분해속도를 조절할 수 있다. 상기 하이드로젤은 세포주입 시 혈액 내로 소실되는 단점을 방지할 수 있으며, 또한 손상부위 내 염증세포 및 효소에 의한 세포손상을 감소시킬 수 있다.The carrier is not particularly limited in its kind, but may preferably be a hydrogel. The hydrogel can control the decomposition rate in vivo by controlling the concentration of the constituent polymer. The hydrogel can prevent the disadvantage of being lost into the blood during cell injection, and can also reduce the cell damage by inflammatory cells and enzymes in the damaged area.
상기 세포치료제는 하나 이상의 희석제를 포함할 수 있는데, 상기 희석제는 특별히 한정된 것은 아니나, 생리식염수, PBS(Phosphate Buffered Saline), HBSS(Hank's balanced salt solution) 등의 완충용액, 혈장 또는 혈액성분 등이 있을 수 있으며, 상기 희석제 외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현탁제, 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.The cell therapy agent may include one or more diluents, but the diluent is not particularly limited, but may include a saline solution, a phosphate buffered saline (PBS), a buffer solution such as HBSS (Hank's balanced salt solution), plasma or blood components, and the like. In addition to the diluent, it may further include a lubricant, a humectant, a sweetener, a flavoring agent, an emulsifier, a suspending agent, a preservative, and the like.
본 발명의 세포치료제의 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여 방식, 환자의 연령, 체중, 성, 병적 상태, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하게 처방될 수 있다. 한편, 본 발명의 세포치료제의 투여량은 바람직하게는 1회 1 ~ 5천만 개 세포이며, 통상적으로 1 회 또는 2 회 투여된다. 그러나 이들의 용량은 환자의 체중, 연령, 성별, 상처의 정도에 따라 증감될 수 있다. Suitable dosages of the cell therapy products of the present invention may be prescribed in various ways depending on factors such as the formulation method, mode of administration, age, weight, sex, morbidity, food, time of administration, route of administration, rate of excretion and response to the patient. Can be. On the other hand, the dosage of the cell therapeutic agent of the present invention is preferably 1 to 50 million cells once, and is usually administered once or twice. However, their dose can be increased or decreased depending on the weight, age, sex, and severity of the patient.
상기 세포치료제는 추가적으로 항염증제제, 줄기세포 동원인자 및 혈관성장 유도인자로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. The cell therapy may further include one or more selected from the group consisting of anti-inflammatory agents, stem cell mobilization factors and vascular growth inducers.
상기 항염증제제는 하이드로젤이 이식된 심장전구세포를 과도한 염증반응으로부터 보호하기 위하여 사용될 수 있고, 줄기세포 동원인자 또는 혈관성장 유도인자를 포함하여 심근 내 줄기세포의 동원 및 혈관성장을 유도함으로 세포재생 효과를 증대시킬 수 있다.The anti-inflammatory agent can be used to protect the progenitor cells transplanted with hydrogel from excessive inflammatory reactions, and induce cell recruitment and vascular growth by inducing mobilization and vascular growth of stem cells in the myocardium, including stem cell recruitment factors or vascular growth inducers. The effect can be increased.
상기 항염증제제는 특별히 한정된 것은 아니나, 일례로 COX 억제제, ACE 억제제, 살리실산염(salicylate) 및 덱사메타손(dexamethasone)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The anti-inflammatory agent is not particularly limited, but may include, for example, one or more selected from the group consisting of a COX inhibitor, an ACE inhibitor, salicylate, and dexamethasone.
상기 줄기세포 동원 인자는 특별히 한정된 것은 아니나, 일례로 IGF, bFGF, PDGF 및 EGF로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The stem cell mobilization factor is not particularly limited, but may include one or more selected from the group consisting of, for example, IGF, bFGF, PDGF, and EGF.
상기 혈관성장 유도인자는 특별히 한정된 것은 아니나, 일례로 EGF, PDGF, VEGF, ECGF 및 엔지오제닌(angiogenin)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
The vascular growth inducer is not particularly limited, but may include, for example, one or more selected from the group consisting of EGF, PDGF, VEGF, ECGF, and angiogenin.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시한 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.
<실시예><Examples>
실시예 1. 위장관 저막조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직의 분리 및 피브린 하이드로젤 내로의 함입 Example 1 Isolation of Gastrointestinal Mesenteric Tissue, Peripheral Neural Outer Tissue, or Vascular Outer Tissue and Incorporation into Fibrin Hydrogel
인제대학교 의과대학 윤리위원회의 승인 후에, 종아리의 말초신경에서부터 외벽에 분포하고 있는 외막조직을 선택적으로 분리하였고, 위, 소장, 그리고 대장에서부터 위장관의 점막하조직을 선택적으로 분리하였고, 종아리 동맥 및 정맥으로부터 혈관 외벽에 분포하고 있는 외막조직을 선택적으로 분리하였다. 현미경하에서 관찰하여 조직 내 지방조직, 신경, 혈전 등을 제거하였다 (도 1). 분리된 조직은 DPBS으로 5분간 5차례 세척하고, 1에서 5 mm3 크기로 절단한 다음, 1 NIH U/ml 농도의 트롬빈(Sigma, Louis, MO)을 함유한 DMEM에 5분간 2차례 세척하였다. 상기 조직을 1 gm 당 10 ml의 1 NIH U/ml 농도 트롬빈을 함유한 DMEM 용액과 혼합하여 분산시켰다. 이후 트롬빈 용액 내로 동량의 DMEM에 5 mg/ml 농도로 피브리노젠(녹십자, 수원, 대한민국)이 용해된 피브리노젠 용액을 첨가한 후 혼합하였다. 상기 위장관 점막조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직은 트롬빈 및 피브리노젠 혼합용액 1 ml 당 100 ~ 250 mg 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직이 함유되도록 하였다. 상기 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직을 포함한 트롬빈 및 피브리노젠 혼합용액은 하이드로젤이 형성되기 전에 100-mm 배양용기에 옮긴 다음, 습식 챔버 (hummidified chamber)에서 37℃에서 2시간 동안 중합과정을 거쳤다.
After approval from Inje University School of Medicine ethics committee, the outer membrane of the calf was selectively isolated from the outer wall, and the submucosa of the gastrointestinal tract was selectively separated from the stomach, small intestine, and large intestine, and from the calf artery and vein. Outer membrane tissues distributed on the outer wall of blood vessels were selectively isolated. Observation under a microscope to remove adipose tissue, nerves, blood clots, etc. in the tissue (Fig. 1). The isolated tissues were washed 5 times with DPBS for 5 minutes, cut from 1 to 5 mm 3 in size, and then washed twice for 5 minutes in DMEM containing 1 NIH U / ml of thrombin (Sigma, Louis, MO). . The tissue was dispersed by mixing with a DMEM solution containing 10 ml of 1 NIH U / ml concentration thrombin per gm. After the fibrinogen solution in which fibrinogen (Green Cross, Suwon, Korea) was dissolved at the same amount of DMEM in the same amount of DMEM into the thrombin solution was mixed. The gastrointestinal mucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue were made to contain 100 to 250 mg of submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue per ml of thrombin and fibrinogen mixed solution. The thrombin and fibrinogen mixed solution including the gastrointestinal submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue is transferred to a 100-mm culture vessel before the formation of the hydrogel, followed by 2 at 37 ° C. in a wet chamber. The polymerization process took place over time.
트롬빈에 의해서 피브리노젠이 중합되고, 그 결과 용액은 고형성의 피브린 하이드로젤이 형성되며, 그 결과 상기 위장관 점막조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직은 피브린 하이드로젤 내로 3차원적으로 함입되었다.
Fibrinogen is polymerized by thrombin, and the solution forms a solid fibrin hydrogel. As a result, the gastrointestinal mucosa, peripheral nerve membrane tissue, or vascular outer membrane tissue are three-dimensionally infiltrated into the fibrin hydrogel. It became.
실시예 2. 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직의 하이드로젤-지지 3차원 장기배양(organ culture)Example 2 Hydrogel-supported Three-Dimensional Organ Culture of Gastrointestinal Submucosa, Peripheral Neuroe and Tissue
실시예 1과 같이 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직을 하이드로젤 내로 완전히 함입하였다. 이후 배양접시에 성장배양액을 첨가하였다. 성장배양액은 90 % DMEM:HamsF12 (1:1) 배양액(Invitrogen)에 10 % 우태아혈청(fetal bovine serum, FBS; Invitrogen), 10㎍/ml 젠타마이신(Yuhan, Seoul, Korea)으로 구성되었다. 상기 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직이 함유된 배양용기를 15 rpm 속도의 오비탈 쉐이커 (orbital shaker)에 놓고 습식 챔버 (humidified chamber)에 넣은 후 37℃에서 14일간 장기배양 (organ culture)법으로 배양하였다. 성장배양액은 2일에 한번 신선한 성장배양액으로 교체하였다.
As in Example 1, the gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue were completely incorporated into the hydrogel. Then, the growth culture solution was added to the culture dish. Growth cultures consisted of 10% fetal bovine serum (FBS; Invitrogen) and 10µg / ml gentamicin (Yuhan, Seoul, Korea) in 90% DMEM: HamsF12 (1: 1) culture (Invitrogen). The culture vessel containing the gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue was placed in an orbital shaker at a speed of 15 rpm and placed in a humidified chamber for 14 days at 37 ° C. (organ culture method). The growth culture was replaced with fresh growth culture every two days.
도 2에서 나타난 바와 같이, 하이드로젤 지지 3차원 장기배양(organ culture)법을 통하여 위장관, 신경, 또는 혈관에서 각각 분리한 모든 조직으로부터 배양 12시간째부터 하이드로젤내로 세포의 이동 성장을 관찰되었고, 배양 6일째 하이드로젤 내 많은 영역이 상기 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직으로부터 이동 성장한 세포가 차지하였고, 배양기간이 증가할수록 세포밀도도 증가하였다 (도2).
As shown in FIG. 2, migration of cells into the hydrogels was observed from 12 h of culture from all tissues separated from the gastrointestinal tract, nerves, or blood vessels through a hydrogel-supported three-dimensional organ culture method. On the 6th day of culture, many areas in the hydrogel were occupied by the cells grown from the gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue, and the cell density also increased as the culture period increased (FIG. 2).
실시예 3. 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직으로부터 하이드로젤 내로 이동 성장한 중간엽줄기세포의 면역표면학적 특성 Example 3 Immunosuperficial Properties of Mesenchymal Stem Cells Grown and Moved into Hydrogel from Gastrointestinal Submucosal Tissue, Peripheral Nerve Tissue, or Vascular Tissue
실시예 2와 같이 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직을 피브린 하이드로젤 내에 함입시킨 후 체외에서 2주간 장기배양 (organ culture)한 후, 2% 중성포르말린으로 2시간 고정하고, 고정된 조직, 세포, 그리고 하이드로젤은 파라핀에 함입시킨 후 파라핀 블록을 제조한 다음, 헤마톡실린-에오신 (hematoxylin-eosin) 염색을 통하여 배양된 세포의 위치와 형태학적 특성을 규명하였다. 또한, 면역조직화학적 염색(immunohistochemical staining)을 수행하여 체외배양기간 중 이동 성장한 세포의 면역표면학적 특징을 규명하였다. 사용한 일차항체는 단클론성 항-인간 CD73, CD90, CD105, CD140b, CD146, 알파 민무늬근 액틴 (alpha-smooth muscle actin, SMA)을 사용하였다. 발현 여부는 EnVisionTM 시스템 (DAKO)과 3, 3-다이아미노벤지딘(3, 3-diaminobenzidine, DAB, Sigma)을 이용하여 평가하였다.
Subcutaneous gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue were embedded in fibrin hydrogel, followed by organ culture for 2 weeks in vitro, followed by fixation with 2% neutral formalin for 2 hours. The tissues, cells, and hydrogels were incorporated into paraffins, paraffin blocks were prepared, and the location and morphological characteristics of the cultured cells were determined by hematoxylin-eosin staining. In addition, immunohistochemical staining was performed to characterize the immunosurface characteristics of cells that migrated and grown during in vitro culture. The primary antibodies used were monoclonal anti-human CD73, CD90, CD105, CD140b, CD146, alpha-smooth muscle actin (SMA). Expression was assessed using the EnVisionTM system (DAKO) and 3, 3-diaminobenzidine (3, 3-diaminobenzidine, DAB, Sigma).
도 3에 나타난 바와 같이, 하이드로젤 내로 이동 성장한 세포는 중간엽줄기세포 표지자인 CD73, CD90, 및 CD105 항체가 95% 이상 균일하게 발현하였으며, 혈관주위세포 표지자인 CD140b, CD146, 그리고 SMA를 균일하게 발현하였다 (도 3). 하이드로젤 내로 이동 성장한 세포의 40%는 CD146를 발현한 반면, 95% 이상의 세포에서 CD140b 및 SMA를 발현하였다.
As shown in FIG. 3, the cells grown and migrated into the hydrogel uniformly expressed at least 95% of CD73, CD90, and CD105 antibodies, which were the mesenchymal stem cell markers, and uniformly expressed the CD140b, CD146, and SMA markers. Expression (FIG. 3). 40% of cells migrated and grown into the hydrogel expressed CD146, whereas at least 95% of the cells expressed CD140b and SMA.
실시예 4. 하이드로젤 내로 이동 성장한 중간엽줄기세포의 선택적 분리 및 단층배양법을 통한 체외 증폭Example 4 In Vitro Amplification by Selective Isolation and Single-layer Culture of Mesenchymal Stem Cells Grown into Hydrogel
실시예 2에 기술한 방법으로 피브린 하이드로젤 내 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직을 장기배양한 후 배양용기는 DPBS로 3차례 10분간 세척하였다. 세척 후 하이드로젤 1 ml 용량당 1,000 unit/ml 우로키나아제(urokinase) 및 20 % 송아지혈청(calf serum, CS)을 함유한 DMEM을 첨가하였다. 이후 배양접시는 15 rpm 속도의 오비탈 쉐이커(orbital shaker) 위에서, 37℃ 습식 챔버에서 30분에서 2시간 동안 반응시켰다. 피브린 하이드로젤이 분해된 후 25 ml 트랜스퍼 피펫(transfer pipette)을 이용하여 반복적으로 흡입 및 방출 과정을 통하여 피브린 하이드로젤 내로 이동 성장한 세포의 유리를 촉진시킨 후, 용액 내로 해리된 세포를 코니컬 튜브(conical tube)에 옮긴 후 100 x g force에서 10분간 원심 분리하였다. 상층액을 제거한 후 가라앉은 세포는 성장배양액으로 분산시켰다. 이후 통상적인 단층배양법으로 피브린 하이드로젤로부터 회수한 세포를 증폭 배양하였다. 하이드로젤로부터 회수한 세포는 배양용기 1 cm2 당 2000개의 수로 파종하였다. 파종한 세포가 배양용기 면적의 80 %를 차지할 때 트립신-EDTA (Invitrogen)를 이용하여 배양접시로부터 떼어낸 후 새로운 배양용기에 2,000 cells/cm2 농도로 파종하여 계대배양하였다.
After organ culture of the gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue in the fibrin hydrogel by the method described in Example 2, the culture vessel was washed three times for 10 minutes with DPBS. After washing, DMEM containing 1,000 unit / ml urokinase and 20% calf serum (CS) per 1 ml of hydrogel was added. The culture dish was then reacted for 30 minutes to 2 hours in a 37 ° C. wet chamber on an orbital shaker at 15 rpm. After the fibrin hydrogel is decomposed, the 25 ml transfer pipette is repeatedly used to promote release of the grown cells into the fibrin hydrogel through inhalation and release, and then the cells dissociated into the solution are transferred to conical tubes ( conical tube) and centrifuged at 100 xg force for 10 minutes. After removing the supernatant, the sunk cells were dispersed in growth culture. Thereafter, cells recovered from fibrin hydrogels were amplified and cultured by conventional monolayer culture. Cells recovered from the hydrogel were seeded in 2000 water per cm 2 of the culture vessel. When the seeded cells occupy 80% of the culture vessel area, trypsin-EDTA (Invitrogen) was removed from the culture dish and seeded at 2,000 cells / cm 2 concentration in a new culture vessel and subcultured.
우로키나아제 투여 후 피브린 하이드로젤은 느슨해지며 분해되기 시작하였다. 피브린 하이드로젤 내로 이동 성장한 세포는 우로키나아제 처리 후 하이드로젤로부터 유리되어 반응용액 내로 해리되었다. 트리판블루 배제법(trypan blue exclusion assay) 분석한 결과 하이드로젤로부터 해리된 세포의 95% 이상이 생존한 것을 확인할 수 있었다. 또한 해리된 세포는 새로운 플라스틱 배양용기로 파종하였을 때 10분 이내에 플라스틱 배양접시에 부착되었다. 이들 세포는 전형적인 중간엽줄기세포와 동일한 방추상 모양의 형태학적 특성을 보였다 (도4).
After urokinase administration, the fibrin hydrogels loosened and began to degrade. Cells migrated and grown into the fibrin hydrogel were released from the hydrogel after urokinase treatment and dissociated into the reaction solution. As a result of trypan blue exclusion assay, more than 95% of the cells dissociated from the hydrogel survived. Dissociated cells also adhered to the plastic culture dish within 10 minutes when seeded in a new plastic culture vessel. These cells showed the same morphological characteristics of the spindle shape as typical mesenchymal stem cells (FIG. 4).
실시예 5. 피브린 하이드로젤로부터 회수한 중간엽줄기세포의 자기복제 및 증식 능력Example 5 Self-replicating and Proliferating Ability of Mesenchymal Stem Cells Recovered from Fibrin Hydrogels
실시예 4와 같이 우로키나아제 처리 후 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서부터 피브린 하이드로젤 내로 이동 성장한 세포를 선택적으로 회수하였다. 단층배양법 환경에서 분리한 세포의 체외 증폭능력은 콜로니 형성 유닛-섬유아세포(colony forming unit-fibroblast, CFU-F)와 군집배가시간(population doubling time, PDT)의 분석을 통하여 평가하였다. CFU-F의 형성능력은 하이드로젤로부터 회수한 세포를 5 cells/cm2 밀도의 60-mm 배양 접시에 파종한 후 성장배양액을 첨가한 후 11일간 배양하였다. 이후 배양용기는 2% 완충 포르말린으로 고정하고 5분간 10% 크리스탈 바이올렛(LabChem Inc., Pittsburgh, PA)으로 염색하였다. 염색용기는 디지탈 CCD 카메라로 이미지를 획득하였고, 형성된 CFU-F 수는 영상분석 프로그램(Image J, NIH, Bethesda, MD)을 이용하여 산정하였다. 인간 피부진피에서 분리한 섬유아세포(HDFs)를 대조군으로 사용하였다. 하이드로젤로부터 회수한 세포의 PDT를 측정하기 위해, 2 ㅧ 103 세포들을 48-멀티웰(multiwell) 배양용기에 파종한 후 배양하였다. 배양 1일째와 5일째 세포는 CelLyticTM 용액(Sigma)으로 용해하였고, 용해된 샘플 내 DNA 함량은 PicoGreen dsDNA fluorescent dye(Invitrogen)을 사용하여 측정하였다. 형광 마이크로플레이트 리더기(fluorescent microplate reader, SynergyTM HT; Bio-Tek Instruments, Neufahrn, Germany)를 사용하여 발광 (emission) 485nm, 여기 (excitation) 540nm의 파장에서 형광강도를 측정하였다. 측정된 형광강도를 세포수로 전환하기 위해 지방조직에서 분리한 지방줄기세포를 이용하여 표준곡선을 구하였고, 이 표준곡선을 이용하여 샘플 내 형광강도를 세포수로 변환하였다. PDT는 다음 공식에 따라 산정하였다. PDT=[(days in exponential phase)/((logN2-logN1)/log2)] 이때, N1은 지수성장기의 초기의 세포수이며, N2는 지수성장기의 말기에서의 세포수이다.
After urokinase treatment as in Example 4, cells that were migrated and grown into the fibrin hydrogel were selectively recovered from the gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue. In vitro amplification capacity of cells isolated in a monolayer culture environment was evaluated by analysis of colony forming unit-fibroblast (CFU-F) and population doubling time (PDT). CFU-F was formed by seeding the cells recovered from the hydrogel in a 60-mm culture dish with a density of 5 cells / cm 2 and incubated for 11 days after adding the growth culture solution. The culture vessel was then fixed with 2% buffered formalin and stained with 10% crystal violet (LabChem Inc., Pittsburgh, PA) for 5 minutes. The dyeing vessel was imaged with a digital CCD camera, and the number of CFU-Fs formed was calculated using an image analysis program (Image J, NIH, Bethesda, MD). Fibroblasts (HDFs) isolated from human dermal dermis were used as controls. In order to measure PDT of cells recovered from the hydrogel, 2 ㅧ 10 3 cells were seeded in 48-multiwell culture vessels and then cultured. Cells on day 1 and day 5 were lysed with CelLytic ™ solution (Sigma), and the DNA content in the lysed samples was measured using PicoGreen dsDNA fluorescent dye (Invitrogen). Fluorescence intensities were measured at a wavelength of 485 nm emission and 540 nm excitation using a fluorescent microplate reader (SynergyTM HT; Bio-Tek Instruments, Neufahrn, Germany). In order to convert the measured fluorescence intensity into cell number, a standard curve was obtained using adipose stem cells isolated from adipose tissue, and the fluorescence intensity in the sample was converted into cell number using this standard curve. PDT was calculated according to the following formula. PDT = [(days in exponential phase) / ((logN2-logN1) / log2)] where N1 is the initial cell number of the exponential growth phase and N2 is the cell number at the end of the exponential growth phase.
위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서 피브린 하이드로젤 이동 성장한 세포는 조직의 기원과는 무관하게 단층배양환경에서 방추상 모양을 나타내었다(도 4). 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서 이동 성장한 세포의 20%에서 CFU-F를 형성할 수 있었으며(도 5 및 도 6), 조직기원에 따른 자기복제 능력의 차이는 찾을 수 없었다(도 6). 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서 이동 성장한 세포는 15회까지 계대배양이 가능하였고 120회 가량 세포 분열할 수 있는 능력을 지는 것을 확인할 수 있었다. 계대배양 4번째부터 10번째까지 PDT는 24.2시간에서 46.7 시간 사이로 비교적 빠르게 성장하였다. 그러나 15회 이상 계대배양할 경우 세포는 PDT가 길어지며 노화되기 시작하였다(도 7).
Fibrin hydrogel migrated cells in the gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue showed fusiform shapes in a monolayer culture environment irrespective of the origin of the tissue (FIG. 4). CFU-F was able to form in 20% of cells grown in gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue (Figs. 5 and 6), and there was no difference in self-replicating ability according to tissue origin. (FIG. 6). Cells grown in gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue were able to be passaged up to 15 times and were able to divide cells about 120 times. From 4th to 10th subculture, PDT grew relatively fast from 24.2 hours to 46.7 hours. However, when passaged more than 15 times, the cells began to age with longer PDT (FIG. 7).
실시예 6. 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서 유래한 중간엽줄기세포의 면역표면학적 특성Example 6 Immunosuperficial Properties of Mesenchymal Stem Cells Derived from Submucosal Tissue, Peripheral Neural Tissue, or Vascular Outer Tissue
실시예 4의 단층배양법으로 증폭한 후, 계대배양 3번째 세포를 대상으로 유세포분석기(flow cytometry)를 이용하여 면역표면학적 특성을 분석하였다. 십만 개 세포는 일차항체 혹은 아이소타입 대조항체(isotype-matched control antibodies)와 30분 동안 반응시켰다. 일차항체는 피코에리트린(phycoerythrin, PE) 또는 플루오레세인이소티오시아네이트(fluorescein isothiocyanate, FITC)와 결합된 항-인간 항체들로 CD14, CD29, CD34, CD44, CD45, CD73, CD90, CD133, STRO-1, MHC-I 및 MHC-II를 사용하였다. 형광물질과 결합된 모든 일차항체 및 대조항체는 BD Bioscience(San Jose, CA)에서부터 구입하였다. 형광표지자와 결합되지 않은 비접합된 항체(unconjugated antibodies)들인 Flk-1(R&D Systems, Minneapolis, MN), CD105(R&D Systems), c-kit(DAKO, Glosrup, Denmark), PDGFR-β (CD140b; Abcam, Cambridge, MA), CD146 (Abcam), α-민무늬근 액틴(α-smooth muscle actin, SMA; DAKO)은 10만개 세포와 30분간 반응시킨 후 FITC와 결합된 2차 항체와 30분간 반응하였다. 반응이 종료된 후 세포는 DPBS로 3차례 세척한 후 2% 파라포름알데히드에서 5분간 고정하였다. 각 항체에 대한 양성률은 FACSCalibur(Becton Dickinson, San Jose, CA)을 사용하여 분석하였으며, 최소 만개 이상의 세포에서 발현율을 분석하였다.
After amplification by the monolayer culture method of Example 4, immunosurface characteristics were analyzed using flow cytometry on the third passaged cells. One hundred thousand cells were reacted with primary or isotype-matched control antibodies for 30 minutes. Primary antibodies are anti-human antibodies bound with phycoerythrin (PE) or fluorescein isothiocyanate (FITC), CD14, CD29, CD34, CD44, CD45, CD73, CD90, CD133, STRO-1, MHC-I and MHC-II were used. All primary and control antibodies combined with the fluorescent material were purchased from BD Bioscience (San Jose, Calif.). Flk-1 (R & D Systems, Minneapolis, MN), CD105 (R & D Systems), c-kit (DAKO, Glosrup, Denmark), PDGFR-β (CD140b; Abcam, Cambridge, MA), CD146 (Abcam), α-smooth muscle actin (SMA; DAKO) were reacted with 100,000 cells for 30 minutes and then with FITC-bound secondary antibody for 30 minutes. After the reaction was completed, the cells were washed three times with DPBS and fixed for 5 minutes in 2% paraformaldehyde. Positive rates for each antibody were analyzed using FACSCalibur (Becton Dickinson, San Jose, Calif.), And expression rates were analyzed in at least 10,000 cells.
표 1에 나타난 바와 같이, 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서 기원한 세포는 95% 이상에서 CD29, CD44, CD73, CD90, 및 CD105과 같은 중간엽줄기세포 표지자에 양성이었다. 또한 상기 세포는 45% 가량에서 중간엽줄기세포 표지자중 하나인 STRO-1가 발현되었다. 면역항원 표지자인 I형 MHC 표지자인 HLA-A,B,C는 95% 이상에서 양성으로 발현되었으나, II형 MHC 표지자인 HLA-DR은 음성이었으며, 상기 결과는 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서 기원한 중간엽줄기세포는 동종간 이식이 가능하다는 면역표면학적 특성을 보였다. 또한 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서 기원한 중간엽줄기세포는 CD34 및 KDR 및 CD14, CD34, CD45, c-kit 및 CD133 등의 표지자는 모두 음성으로 혈관내피세포 및 조혈계 세포로의 오염이 없다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직에서 기원한 중간엽줄기세포는 CD140b, CD146, 그리고 SMA 등의 혈관주위세포 표지자가 발현되었다. As shown in Table 1, cells from gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue were positive for mesenchymal stem cell markers such as CD29, CD44, CD73, CD90, and CD105 in at least 95%. In addition, the cells expressed STRO-1, one of the mesenchymal stem cell markers, at about 45%. HLA-A, B, C, which is an I-antigen marker HLA-A, B, C, was positively expressed in 95% or more, but HLA-DR, a type II MHC marker, was negative, and the result was gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, Or mesenchymal stem cells derived from vascular epidermal tissue showed immunosurface characteristics that allogeneic transplantation is possible. In addition, markers such as CD34 and KDR and CD14, CD34, CD45, c-kit, and CD133 were negative for mesenchymal stem cells derived from gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epithelial tissue. It was confirmed that there was no contamination with the cells. In addition, mesenchymal stem cells derived from gastrointestinal submucosal tissue, peripheral nerve epithelial tissue, or vascular epidermal tissue expressed perivascular markers such as CD140b, CD146, and SMA.
실시예 7. 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직 기원 중간엽줄기세포의 다분화 능력Example 7 Multipotential Capability of Mesenchymal Stem Cells of Gastrointestinal Submucosa, Peripheral Nerve Tissue, or Vascular Tissue
실시예 4의 단층배양법으로 증폭한 후, 계대배양 3번째 세포를 대상으로 실험실적 지방세포, 조골세포, 혈관내피세포로의 분화를 유도하였다. 상기 지방세포로의 분화는 상기 세포 30만개를 6-멀티웰(multiwell) 세포배양용기에 파종한 후 0.5 mM 3-아이소부틸-1-메틸크산틴, 80 μM 인도메타신, 1 μM 덱사메타손, 5㎍/ml 인슐린, 10% 송아지혈청을 함유하는 DMEM에서 14일 동안 세포를 배양하여 지방세포로 분화를 유도하였다. 세포내 지질 축적 여부는 Oil Red O (Sigma) 혹은 Sudan Black 염색을 통하여 확인하였다. 더불어 지방세포 특이 mRNA 발현 여부를 reverse-transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) 후 전기영동 분석을 통하여 판정하였다. After amplification by the monolayer culture method of Example 4, differentiation into laboratory adipocytes, osteoblasts, and vascular endothelial cells was induced in the passaged third cells. Differentiation into adipocytes was seeded in a 6-multiwell cell culture vessel 300,000 cells, 0.5 mM 3-isobutyl-1-methylxanthine, 80 μM indomethacin, 1 μM dexamethasone, 5 μg Differentiation was induced into adipocytes by culturing cells for 14 days in DMEM containing / ml insulin, 10% calf serum. Intracellular lipid accumulation was confirmed by Oil Red O (Sigma) or Sudan Black staining. In addition, the expression of adipocyte-specific mRNA was determined by electrophoresis after reverse-transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR).
조골세포로의 분화는 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직, 또는 혈관 외막조직 유래 중간엽줄기세포 30만개를 6-멀티웰 세포배양용기에 파종한 후 1 μM 덱사메타손, 50 μM 아스코르베이트-2-포스페이트, 10 mM β-글리세로포스페이트, 10% 송아지혈청을 함유한 a-MEM에서 2주간 배양하여 분화를 유도하였다. 조골세포로의 분화여부는 Alizarin Red(Sigma) 혹은 칼세인(calcein, Sigma)염색 통하여 세포외기질의 무기질 침착여부로 판정하였다. 더불어 조골세포 특이 mRNA 발현 여부를 reverse-transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) 후 전기영동 분석을 통하여 판정하였다. Differentiation into osteoblasts was performed by seeding 300,000 mesenchymal stem cells derived from subgastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelium, or vascular epidermal tissue into a 6-multiwell cell culture vessel, followed by 1 μM dexamethasone and 50 μM ascorbate-2-. Differentiation was induced by incubation for 2 weeks in a-MEM containing phosphate, 10 mM β-glycerophosphate, 10% calf serum. Differentiation into osteoblasts was determined by mineral deposition of extracellular matrix by staining with Alizarin Red (Sigma) or calcein (calcein, Sigma). In addition, osteoblast-specific mRNA expression was determined by electrophoresis after reverse-transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR).
혈관내피세포로의 분화는 위장관 점막하조직에서부터 유래한 중간엽줄기세포 10만개를 피브린 젤이 코팅된 6-멀티웰 세포배양용기에 파종한 후 1 μM 덱사메타손, 50 μM 아스코르베이트-2-포스페이트, 10 ng/ml vascular endothelial growth factor, 1% 송아지혈청을 함유한 DMEM에서 1주간 배양하여 분화를 유도하였다. 혈관내피세포로의 분화여부는 모세혈관양 네트워크 형성, Acetylated-low density lipoprotein uptake, CD31 발현 여부로 판정하였다.
Differentiation into vascular endothelial cells was performed by seeding 100,000 mesenchymal stem cells derived from gastrointestinal submucosa into a 6-multiwell cell culture vessel coated with a fibrin gel, followed by 1 μM dexamethasone, 50 μM ascorbate-2-phosphate, Differentiation was induced by incubating for 1 week in DMEM containing 10 ng / ml vascular endothelial growth factor and 1% calf serum. Differentiation into vascular endothelial cells was determined by capillary network formation, Acetylated-low density lipoprotein uptake and CD31 expression.
기원 조직과는 무관하게 하이드로젤 내로 이동, 성장한 모든 세포는 지방세포로 분화할 수 있는 능력을 확인할 수 있었다 (도 8, 도 9). 지방세포로 분화 유도 후 하이드로젤 내로 이동, 성장한 세포는 균일하게 지방세포로 분화하였으며, 분화유도 5일째부터 세포질 내로 지방질의 축적이 관찰되었으며, 지방세포로 분화가 유도된 세포의 90% 이상에서 지방질의 축적이 관찰되었다 (도 8, 도9A). 또한 지방세포로 분화 유도 후 세포는 지방세포 특이 mRNA인 leptin, lipoprotein lipase, PPAR-gamma가 발현되는 것을 확인할 수 있었다(도 8B). Irrespective of the tissue of origin, all the cells migrated and grown into the hydrogel were able to confirm their ability to differentiate into adipocytes (FIGS. 8 and 9). After induction of differentiation into adipocytes, the cells migrated and grown into hydrogels were uniformly differentiated into adipocytes. Lipid accumulation was observed in the cytoplasm from the 5 th day of induction. Accumulation was observed (FIG. 8, FIG. 9A). In addition, after induction of differentiation into adipocytes, the cells were confirmed to express the adipocyte specific mRNAs leptin, lipoprotein lipase, PPAR-gamma (Fig. 8B).
조골세포로 분화가 유도된 세포는 세포의 형태가 입방상피 모양으로 변화하였으며, 알리자린 레드(Alizarin Red) (도 9A) 혹은 칼세인 (calcein) 염색 (도 8)에서 무기질이 침착된 것을 확인할 수 있었다. 또한 조골세포로 분화가 유도된 세포에서 조골세포 특이 mRNA인 bone sialoprotein, osteocalcin, osteopontin mRNAs가 분화전과 비교하여 저명하게 발현이 증가되었다(도 8B). Cells induced differentiation into osteoblasts was changed to a cubic epithelial shape, and it was confirmed that minerals were deposited on Alizarin Red (FIG. 9A) or calcein (calcein) staining (FIG. 8). . In addition, osteoblast-specific mRNAs such as bone sialoprotein, osteocalcin, and osteopontin mRNAs were prominently increased in the cells induced differentiation into osteoblasts (Fig. 8B).
위장관 점막하조직 기원 세포를 VEGF와 피브린 젤을 이용하여 혈관내피세포로 분화를 유도하였으며, 분화유도 1일째부터 세포는 모세혈관와 유사한 네트워크를 형성하였고(도 9C), 혈관내피세포 특이 표지자인 CD31이 발현되었으며, 아세틸화된 저밀도지단백질을 흡수할 수 있는 능력을 보유하였다 (도 9C).
The gastrointestinal submucosa-derived cells were induced to differentiate into vascular endothelial cells using VEGF and fibrin gel, and from day 1 of differentiation, cells formed a capillary-like network (Fig. 9C), and CD31, a vascular endothelial cell-specific marker, was expressed. And had the ability to absorb acetylated low density lipoproteins (FIG. 9C).
실시예 8. 위장관 점막하조직 및 말초신경 외막조직 기원 중간엽줄기세포의 조직재생능력Example 8 Tissue Regeneration Capability of Mesenchymal Stem Cells from Gastrointestinal Submucosa and Peripheral Neural Outer Tissue
실시예 4의 단층배양법으로 증폭한 후, 계대배양 3번째 중간엽줄기세포 2백만 개를 50 mg 하이드록시아파타이트-트리칼슘 포스페이트 입자 (hydroxyapatite-tricalcium phosphate particles, Zimmer Inc., Warsaw, IN)와 혼합하였다. 이를 누드 마우스(Balb/c nu/nu, Charles River Lab., Seoul, Korea; n = 5)의 요추 인접 부위의 근육사이에 삽입하였다. 이식 4주후에 이식한 이식체를 수거하여 이식체 내 이소성(ectopic) 골 형성여부를 조직학적으로 판정하였다. After amplification by the monolayer culture of Example 4, 2 million passaged mesenchymal stem cells were mixed with 50 mg hydroxyapatite-tricalcium phosphate particles (Zimmer Inc., Warsaw, IN). It was. It was inserted between the muscles of the lumbar region adjacent to nude mice (Balb / c nu / nu, Charles River Lab., Seoul, Korea; n = 5). Four weeks after transplantation, the transplants were harvested and histologically determined for ectopic bone formation in the implants.
더불어 위장관 점막하조직 및 말초신경 외막 기원 중간엽줄기세포의 지방조직 재생능력을 규명하기 위하여 2백만 개의 중간엽줄기세포를 피브린 하이드로젤과 혼합한 후 누두 마우스의 피하층에 주입하였다. 주입 4주 후 수거하여 조직학적 방법으로 지방조직 생성능력을 규명하였다. 누드 마우스로 주입한 중간엽줄기세포의 생체 내 지방세포로의 분화를 규명하기 위하여 CM-DiI(Molecular Probes)로 표지하여 이식하였으며, 주입한 세포가 생체 내 조골세포로의 분화를 규명하기 위하여 인간-특이 미토콘드리아 항체를 이용하여 분석하였다. In addition, 2 million mesenchymal stem cells were mixed with fibrin hydrogel and injected into the subcutaneous layer of the nippled mice to determine the adipose tissue regeneration capacity of the gastrointestinal submucosa and peripheral nerve epithelial-derived mesenchymal stem cells. After 4 weeks of infusion, the tissues were harvested and histologically identified. To identify the differentiation of mesenchymal stem cells injected into nude mice into adipocytes in vivo, they were labeled and transplanted with CM-DiI (Molecular Probes). Analyzes were performed using specific mitochondrial antibodies.
하이드록시아파타이트(hydroxyapatite)와 함께 근육사이로 주입한 위장관 점막조직 기원 중간엽줄기세포(IS-MSC) 및 말초신경 외막 기원 중간엽줄기세포(PN-MSC)에 의하여 조골세포 (화살)가 둘러싸고 있는 이소성 뼈조직(*)이 형성되었다(도 10). 이소성 뼈조직을 둘러싸고 있는 조골세포는 인간-특이 미토콘드리아 항체에 양성으로, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite)와 함께 이식한 인간 중간엽줄기세포가 조골세포로 분화하여 뼈조직을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 피브린 하이드로젤과 함께 피하층으로 이식한 위장관 점막조직 기원 중간엽줄기세포(IS-MSC) 및 말초신경 외막 기원 중간엽줄기세포(PN-MSC)에에 하얀 지방조직(A, D, 화살)이 형성되었으며, 조직학적 검사에서 이들 세포 내로 지방질의 침착(B, E)을 확인하여 지방세포로의 분화를 확인할 수 있었고, 이들 지방세포가 CM-DiI에 양성으로 피브린 하이드로젤과 함께 이식한 인간 중간엽줄기세포가 지방세포로 분화하여 지방조직을 형성하는 것을 확인할 수 있었다(도 11). Heterogeneous osteoblasts (arrows) surrounded by gastrointestinal mucosa-derived mesenchymal stem cells (IS-MSC) and peripheral nerve outer membrane-derived mesenchymal stem cells (PN-MSC) injected into the muscle with hydroxyapatite Bone tissue (*) was formed (FIG. 10). Osteoblasts surrounding ectopic bone tissue were positive for human-specific mitochondrial antibodies, and it was confirmed that human mesenchymal stem cells transplanted with hydroxyapatite differentiated into osteoblasts to form bone tissue. In addition, white adipose tissue (A, D, arrows) forms on gastrointestinal mucosa-derived mesenchymal stem cells (IS-MSC) and peripheral nerve epithelial-derived mesenchymal stem cells (PN-MSC) transplanted into the subcutaneous layer with fibrin hydrogel. By histological examination, the deposition of fat (B, E) into these cells confirmed the differentiation of adipocytes, and these mesenchymal stem cells transplanted with fibrin hydrogel positively for CM-DiI. It was confirmed that the cells differentiate into adipocytes to form adipose tissue (FIG. 11).
Claims (14)
하이드로젤만을 분해하여 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포를 회수하는 단계;를 포함하는 중간엽줄기세포의 배양방법.Immersing one or more tissues selected from the group consisting of gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into a hydrogel and culturing the same; And
Culturing mesenchymal stem cells, comprising: recovering the mesenchymal stem cells grown and moved into the hydrogel from one or more tissues selected from the group consisting of subgastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue by degrading hydrogel only. Way.
1) 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 피브린 하이드로젤 내에 함입시키는 제 1단계;
2) 성장배양액을 첨가하여 5 내지 30rpm 속도의 셰이커에서 3차원 장기배양 (organ culture)하는 제 2단계; 및
3) 유로키나아제, 스트렙토키나아제 및 플라즈민으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 분해효소를 처리하여 피브린 하이드로젤만을 분해시켜, 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직으로부터 하이드로젤 내로 이동, 성장한 중간엽줄기세포 및 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 회수하는 제 3단계; 및
4) 상기 회수된 중간엽줄기세포를 단층배양법으로 증폭시키는 제 4단계;
를 포함하는 중간엽줄기세포의 배양방법.The method of claim 1,
1) a first step of incorporating at least one tissue selected from the group consisting of gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue into the fibrin hydrogel;
2) a second step of three-dimensional organ culture in a shaker at a speed of 5 to 30 rpm by adding the growth culture solution; And
3) by treating at least one degrading enzyme selected from the group consisting of urokinase, streptokinase and plasmin to decompose only fibrin hydrogel, and from at least one tissue selected from the group consisting of gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue. Recovering one or more tissues selected from the group consisting of mesenchymal stem cells and gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue, and vascular epithelial tissue grown into a hydrogel; And
4) a fourth step of amplifying the recovered mesenchymal stem cells by monolayer culture method;
Culture method of mesenchymal stem cells comprising a.
상기 위장관 점막하조직은 위 점막하조직, 소장 점막하조직 및 대장 점막하조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직인, 중간엽줄기세포의 배양방법.The method of claim 1,
The gastrointestinal submucosa is at least one tissue selected from the group consisting of gastric submucosa, small intestine submucosa and colonic submucosa, mesenchymal stem cell culture method.
상기 말초신경 외막조직은 상지 말초신경 외막조직 및 하지 말초신경 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직인, 중간엽줄기세포의 배양방법. The method of claim 1,
The peripheral nerve epithelial tissue is one or more tissues selected from the group consisting of upper and lower peripheral nerve epithelial tissue and lower peripheral nerve outer membrane tissue, mesenchymal stem cell culture method.
상기 혈관 외막조직은 대정맥 외막조직, 대동맥 외막조직, 중정맥 외막조직 및 중동맥 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직인, 중간엽줄기세포의 배양방법. The method of claim 1,
The vascular epithelial tissue is one or more tissues selected from the group consisting of aorta outer membrane tissue, aortic outer membrane tissue, middle vein outer membrane tissue and middle arterial outer membrane tissue, mesenchymal stem cell culture method.
상기 하이드로젤은 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 콘드로이틴(chondroitin), 하알루로닉산(hyaluronic acid), 알지닌(alginic acid), 메트리젤(MatrigelTM), 키토산(chitosan), 펩티드(peptide), 피브린(fibrin), PGA(polyglycolic acid), PLA(polylactic acid), PEG(polyethylene glycol) 및 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 것인, 중간엽줄기세포의 배양방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The hydrogels are collagen, gelatin, chondroitin, hyaluronic acid, alginic acid, matrigel, chitosan, chitosan, and peptide. Fibrin (fibrin), polyglycolic acid (PGA), PLA (polylactic acid), PEG (polyethylene glycol) and one or more selected from the group consisting of polyacrylamide (polyacrylamide), a method for culturing mesenchymal stem cells.
상기 하이드로젤의 분해는 콜라지나아제, 젤라티나아제, 유로키나아제, 스트렙토키나아제, TPA(tissue plasminogen activator), 플라즈민(plasmin) 및 히알루로니다아제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 효소를 통하여 분해되는, 중간엽줄기세포의 배양방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The hydrogel is degraded through one or more enzymes selected from the group consisting of collagenase, gelatinase, urokinase, streptokinase, TPA (tissue plasminogen activator), plasmin and hyaluronidase, Method for culturing mesenchymal stem cells.
상기 중간엽줄기세포는 (i) CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 및 STRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성; (ⅱ) flk-1, CD14, CD34, 및 CD45으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 음성인 면역학적 특성; 및 (ⅲ) CD140b, CD146, 및 α-민무늬근 액틴 (α-smooth muscle actin)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지자 군에 양성인 면역학적 특성;으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 면역학적 특성을 가지는, 중간엽줄기세포의 배양방법.The method of claim 1,
The mesenchymal stem cells (i) immunological properties positive to at least one marker group selected from the group consisting of CD29, CD44, CD73, CD90, CD105 and STRO-1; (Ii) immunological properties negative to at least one marker group selected from the group consisting of flk-1, CD14, CD34, and CD45; And (iii) immunological properties positive for one or more marker groups selected from the group consisting of CD140b, CD146, and α-smooth muscle actin; mesenchymal with one or more immunological properties selected from the group consisting of Stem cell culture method.
상기 제3단계에서 회수된 위장관 점막하조직, 말초신경 외막조직 및 혈관 외막조직으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조직을 다시 제 1단계의 하이드로젤 내에 함입시켜 배양하는, 중간엽줄기세포의 배양방법.3. The method of claim 2,
A method of culturing mesenchymal stem cells, wherein the at least one tissue selected from the group consisting of gastrointestinal submucosa, peripheral nerve epithelial tissue and vascular epithelial tissue recovered in the third step is immersed in the hydrogel of the first stage.
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