KR101591782B1 - Composition for inducing differentiation of mesenchymal stem cell and method for inducing differentiation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 5-아자싸이티딘(5-Azacitidine) 및/또는 트리코스타틴 A (Trichostatin A)를 이용하여, 중간엽줄기세포를 신경세포, 연골세포 및 골세포 등 다양한 계통의 세포로 분화 유도하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for inducing the differentiation of mesenchymal stem cells into various cell types such as neurons, chondrocytes and bone cells using 5-Azacitidine and / or Trichostatin A .
Description
본 발명은 5-아자싸이티딘(5-Azacitidine) 및/또는 트리코스타틴 A (Trichostatin A)를 이용하여, 중간엽줄기세포를 신경세포, 연골세포 및 골세포 등 다양한 계통의 세포로 분화 유도하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for inducing the differentiation of mesenchymal stem cells into various cell types such as neurons, chondrocytes and bone cells using 5-Azacitidine and / or Trichostatin A .
인간 중간엽줄기세포(human mesenchymal stem cell)는 성체줄기세포의 하나로, 배아줄기세포에서 일반적으로 문제가 되는 암 (cancer)화나 윤리적인 문제에서 자유로울 뿐 아니라 지방세포, 골세포, 연골세포, 심장세포, 근육세포 및 신경세포 등 다양한 세포로의 분화가 가능하다고 보고되어 있다. 또한, 중간엽줄기세포는 이식 시에도 면역반응을 유발시키지 않기 때문에 세포치료의 효과적인 수단으로 각광받고 있다.Human mesenchymal stem cells are one of the adult stem cells that are free from cancer and ethical problems that are generally problematic in embryonic stem cells, as well as adipocytes, bone cells, cartilage cells, cardiac cells , Muscle cells, and nerve cells. In addition, since mesenchymal stem cells do not induce an immune response at the time of transplantation, they are becoming an effective means of cell therapy.
그러나, 중간엽줄기세포로부터 분화가 완전히 진행된 세포를 공급자의 조직으로부터 분리하여 환자에게 이식하는 방법으로는, 환자에게 공급할 충분한 세포를 얻는데 어려움이 있다. 따라서, 이러한 세포 공급의 문제를 해결하기 위하여, 중간엽줄기세포를 분리하고 이를 체외에서 배양 및 증식시킨 다음, 원하는 계통의 세포로 분화를 유도하고, 이렇게 분화된 세포를 환자에게 이식하는 기술을 확립하는 것이 연구되고 있다.However, as a method of separating cells from the mesenchymal stem cells completely differentiated from the tissue of the donor and transplanting them into the patient, it is difficult to obtain enough cells to be supplied to the patient. Therefore, in order to solve such a problem of supplying cells, mesenchymal stem cells are isolated, cultured and propagated in vitro, and then induced to differentiate into cells of a desired lineage, and a technique of transplanting the differentiated cells into a patient is established Is studied.
일 예로, 최근 뇌에서 중간엽줄기세포가 신경교세포로 분화하는 잠재력을 지닌 것으로 알려지면서, 중간엽줄기세포를 이용하여 중추신경계의 질병을 치료할 수 있다는 가능성이 제기된 바 있다(Li et al., Neurosci. Lett., 315, 67-70(2001); 및 Chen., et al., Stroke 32, 1005-1011(2001)). 이에, 중간엽줄기세포로부터 신경세포로의 분화를 유도하는 물질로 성장인자 또는 호르몬을 사용하는 방법이 알려져 있으나, 이 경우 신경세포 이외의 다른 여러 가지 세포들이 추가로 생겨난다는 문제점이 있어 (Sanchez-Ramos., et al., Exp. Neurol., 164, 247-256(2000); Woodbury., et al., J. Neurosci. Res., 61, 364-370(2000); 및 Deng., et al., Biochem. Biophys. Res. Comm., 282, 148-152(2001)), 중간엽줄기세포가 신경세포로 분화되도록 유도하는 직접적인 방법의 개발이 계속 요구되고 있는 실정이다.For example, in recent years, it has been reported that mesenchymal stem cells have the potential to differentiate into glial cells, suggesting that mesenchymal stem cells can be used to treat diseases of the central nervous system (Li et al. Neurosci. Lett., 315, 67-70 (2001); and Chen, et al., Stroke 32, 1005-1011 (2001)). Thus, it is known that a growth factor or a hormone is used as a substance inducing differentiation from mesenchymal stem cells into neurons. However, in this case, there are problems in that various other cells besides neurons are generated (Sanchez- Et al., J. Neurosci. Res., 61, 364-370 (2000), and Deng., Et < RTI ID = 0.0 > al , Biochem. Biophys. Res. Comm., 282, 148-152 (2001)), there is a continuing need to develop a direct method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into neuronal cells.
다른 일예로, 중간엽줄기세포로부터 연골세포로의 분화를 유도하여 조직공학 또는 세포치료제로서 연골을 제작하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있으나, 아직까지 중간엽줄기세포를 이용하여 연골세포로의 분화를 유도하는 방법이 명확히 제시되지 못하고 있다. As another example, studies have been conducted on techniques for inducing differentiation from mesenchymal stem cells into cartilage cells to produce cartilage as a tissue engineering or cell therapy agent. However, studies on the development of cartilage cells using mesenchymal stem cells Is not clearly presented.
다른 일예로, 골수 유래 성체줄기세포가 골형성 세포로 분화되는 것이 확인되었고(Friedenstein A.J. et al., Transplantation., 6:230-247, 1968), 골수로부터 분리한 줄기세포를 배양하여 골아세포로 분화 증식시키는 방법에 진전이 있으며 이를 통한 임상적용의 가능성이 높아지고 있다(Ohgushi H. et al., J. Biomed Mater Res., 48:913-927, 1999). 따라서, 중간엽줄기세포로부터 골세포를 분화시키는 방법이 주도적으로 연구되고 있는 실정이다.In another example, bone marrow-derived adult stem cells were identified as osteogenic cells (Friedenstein AJ et al., Transplantation., 6: 230-247, 1968), and stem cells isolated from bone marrow were cultured to produce osteoblasts (Ohgushi H. et al., J. Biomed. Mater. Res., 48: 913-927, 1999). Therefore, a method of differentiating osteocytes from mesenchymal stem cells has been actively studied.
이에, 본 발명자들은 중간엽줄기세포로부터 특정 계통의 세포를 대량으로 분화 유도하는 기술을 개발하고자 연구한 결과, 5-아자싸이티딘(5-Azacitidine) 및/또는 트리코스타틴 A (Trichostatin A)이 중간엽줄기세포로부터 신경세포, 연골세포 및 골세포로의 분화를 촉진하는 기능을 한다는 것을 확인하게 되었다. 보다 상세하게는, 종래에 일반적으로 사용되던 신경세포, 연골세포 또는 골세포 분화 유도 배지에, 5-아자싸이티딘을 첨가하거나 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 을 함께 첨가하여 중간엽줄기세포를 배양할 경우, 중간엽줄기세포로부터 신경세포, 연골세포 및 골세포로 분화하는 효율이 월등히 촉진된다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention have conducted studies to develop a technique for inducing large-scale differentiation of specific lineage cells from mesenchymal stem cells. As a result, 5-Azacitidine and / or Trichostatin A And that it functions to promote the differentiation from lobular stem cells into nerve cells, cartilage cells and bone cells. More specifically, 5-azacytidine or 5-azacytidine and tricostatin A are added to neuron, chondrocyte or osteoclast differentiation induction medium, which have been commonly used in the past, to produce mesenchymal stem cells It was found that the efficiency of differentiation from mesenchymal stem cells into neurons, chondrocytes and osteoblasts is greatly enhanced. Thus, the present invention has been completed.
본 발명의 목적은, 5-아자싸이티딘(5-Azacitidine) 및/또는 트리코스타틴 A (Trichostatin A)를 이용하여 중간엽줄기세포를 신경세포, 연골세포 또는 골세포로 분화시키는 기술을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a technique for differentiating mesenchymal stem cells into neurons, chondrocytes or osteocytes using 5-Azacitidine and / or Trichostatin A .
보다 상세하게, 본 발명의 하나의 목적은, (i) 5-아자싸이티딘, 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 를 포함하는, 중간엽줄기세포로부터 신경세포로의 분화 유도용 조성물을 제공하는 것이다.More specifically, one object of the present invention is to provide a method for inducing the differentiation of mesenchymal stem cells into neurons, comprising (i) 5-azathiidine, or (ii) 5-azacytidine and tricostatin A To provide a composition.
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기 조성물을 이용하여 중간엽줄기세포를 신경세포로 분화 유도하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into neurons using the composition.
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기 방법으로 분화 유도된 신경세포를 유효성분으로 함유하는, 신경계 질환 치료용 조성물을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a composition for treating a neurological disease, which comprises the neural cell induced differentiation by the above method as an active ingredient.
본 발명의 또 하나의 목적은, (i) 5-아자싸이티딘, 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 를 포함하는, 중간엽줄기세포로부터 연골세포로의 분화 유도용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for inducing differentiation from mesenchymal stem cells into chondrocytes, comprising (i) 5-azathiidine or (ii) 5-azacytidine and tricostatin A .
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기 조성물을 이용하여 중간엽줄기세포를 연골세포로 분화 유도하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into chondrocytes using the composition.
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기 방법으로 분화 유도된 연골세포를 유효성분으로 함유하는, 연골 질환 치료용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for treating cartilage diseases, which contains the differentiated chondrocyte as an active ingredient.
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기 방법으로 분화 유도된 연골세포를 포함하는 인공 연골을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an artificial cartilage comprising differentiated chondrocyte cells by the above method.
본 발명의 또 하나의 목적은, (i) 5-아자싸이티딘, 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 를 포함하는, 중간엽줄기세포의 골분화 유도용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for inducing bone differentiation of mesenchymal stem cells, which comprises (i) 5-azathiidine, or (ii) 5-azacytidine and tricostatin A.
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기 조성물을 이용한 중간엽줄기세포의 골분화 유도 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for inducing bone differentiation of mesenchymal stem cells using the composition.
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기 방법으로 분화 유도된 골세포를 유효성분으로 함유하는, 골질환 치료용 조성물을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a composition for treating bone diseases, which comprises bone cells induced differentiation by the above method as an effective ingredient.
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기 방법으로 분화 유도된 골세포를 포함하는 인공 뼈를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an artificial bone comprising bone cells induced differentiation by the above method.
본 발명은 5-아자싸이티딘 및/또는 트리코스타틴 A 을 이용하여 중간엽줄기세포를 다양한 계통의 세포(신경세포, 연골세포, 및 골세포)로 분화시키는 기술을 제공한다.The present invention provides a technique for differentiating mesenchymal stem cells into various lines of cells (neural cells, chondrocytes, and osteocytes) using 5-azacytidine and / or tricostatin A.
본 발명에서는, 종래에 일반적으로 사용되던 신경세포, 연골세포 또는 골세포 분화 유도 배지에, 5-아자싸이티딘을 첨가하거나 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 을 함께 첨가하여 중간엽줄기세포를 배양할 경우, 중간엽줄기세포로부터 신경세포, 연골세포 및 골세포로 분화 유도되는 효율이 월등히 촉진된다는 것을 확인하였다.In the present invention, 5-azacytidine or 5-azacytidine and tricostatin A are added to the conventionally used neuron, chondrocyte or osteocytic differentiation induction medium to cultivate mesenchymal stem cells , It was confirmed that the efficiency of inducing differentiation from mesenchymal stem cells into neurons, chondrocytes and osteoblasts is greatly promoted.
본 발명에서, "5-아자싸이티딘(5-Azacitidine, 5-AZA)" 은 4-아미노-1-β-D-리보푸라노실-1,3,5-트리아진-2(1H)-온(4-amino-1-β-D-ribofuranosyl-1,3,5-triazin-2(1H)-one) 로 명명되며, DNA 탈메틸화 작용을 가지는 것으로 알려진 화합물이다. 또한, 5-아자싸이티딘은, 백혈병, 림프종 및 다양한 고형 종양에 대해 활성을 나타내는 항신생물성 약물로도 알려져 있다.In the present invention, "5-Azacitidine (5-AZA)" refers to 4-amino-1-β-D-ribofuranosyl-1,3,5-triazine- (1 H) -one), which is known to have DNA demethylation activity. The term " 4-amino-1 -? - D-ribofuranosyl-1,3,5-triazin-2 In addition, 5-azacytidine is also known as an anti-neoplastic drug that exhibits activity against leukemia, lymphoma and various solid tumors.
본 발명에서, "트라코스타틴 A(trichostatin A, TSA)" 는 7-(4-(디메틸아미노)페닐)-n-히드록시-4,6-디메틸-7-옥소-2,4-헵타디엔아미드(7-(4-(dimethylamino)phenyl)-n-hydroxy- 4,6-dimethyl-7-oxo-2,4-heptadienamide) 로 명명되며, 스트렙토마이세스(Streptomyces)에서 분리할 수 있으며, 히스톤디아세틸라제 억제제로의 작용을 가지고 있는 것으로 알려진 화합물이다.In the present invention, "trichostatin A (TSA)" refers to 7- (4- (dimethylamino) phenyl) -n-hydroxy-4,6-dimethyl- Amide (7- (dimethylamino) phenyl) -n-hydroxy-4,6-dimethyl-7-oxo-2,4-heptadienamide, which can be isolated from Streptomyces , It is a compound known to have action as a deacetylase inhibitor.
상기 5-아자싸이티딘과 트라코스타틴 A는 약학적으로 허용되는 각종 무기산, 유기산, 또는 염기로부터 유도된 염의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 상기 화합물들을 당업계에 알려진 일반적인 화학적 합성 방법에 의하여 합성하여 수득하거나, 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있다 (예, Sigma-Aldrich (St Louis, Mo, USA)).The 5-azacytidine and tracostatin A can be used in the form of salts derived from various pharmaceutically acceptable inorganic acids, organic acids, or bases. The compounds may be synthesized by a common chemical synthesis method known in the art or may be purchased commercially (for example, Sigma-Aldrich (St Louis, Mo, USA)).
본 발명에서는 5-아자싸이티딘 및/또는 트라코스타틴 A 이 중간엽줄기세포로부터 신경세포, 연골세포 또는 골세포로의 분화 유도를 촉진하는 기능을 가진다는 것을 처음 규명한 데 특징이 있다.The present invention is characterized in that 5- azacytidine and / or tracostatin A have a function of promoting the induction of differentiation from mesenchymal stem cells into neural cells, chondrocytes or bone cells.
본 발명에 있어서, 중간엽줄기세포를 신경세포, 연골세포 또는 골세포로 분화 유도하기 위한 목적으로, 상기 5-아자싸이티딘은 2 μM의 농도로, 보다 바람직하게는 500 nM 내지 10μM의 농도로 사용되는 것이 바람직하다. In the present invention, for the purpose of inducing differentiation of mesenchymal stem cells into neurons, chondrocytes or osteocytes, the 5-azacytidine is added at a concentration of 2 μM, more preferably at a concentration of 500 nM to 10 μM Is preferably used.
또한, 중간엽줄기세포를 신경세포, 연골세포 또는 골세포로 분화 유도하기 위한 목적으로, 상기 트라코스타틴 A 는 5-아자싸이티딘과 함께 사용될 수 있으며, 이 때 트라코스타틴 A는 100 내지 300 nM 의 농도로, 보다 바람직하게는 100 nM 의 농도로 사용되는 것이 바람직하다. 5-아자싸이티딘 및/또는 트라코스타틴 A의 농도가 너무 낮으면 효과를 보기 어렵고, 농도가 너무 높으면 독성을 가지게 되므로 세포의 종류에 따라 적정한 농도를 확인하는 것이 바람직하다.In addition, for the purpose of inducing differentiation of mesenchymal stem cells into neurons, chondrocytes or osteocytes, the above-mentioned tracostatin A may be used together with 5-azacytidine, wherein the tracostatin A is 100-300 nM, more preferably at a concentration of 100 nM. When the concentration of 5-azacytidine and / or tracostatin A is too low, it is difficult to see the effect. When the concentration is too high, it becomes toxic. Therefore, it is preferable to confirm an appropriate concentration depending on the type of cell.
본 발명에서, "중간엽줄기세포" 는 골수 유래, 배아 유래, 제대혈 유래, 그 외 태반, 치조골, 근육, 지방, 신경조직 등의 다양한 성체조직 유래의 중간엽줄기세포를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 골수 유래일 수 있다.In the present invention, "mesenchymal stem cells" may be mesenchymal stem cells derived from various adult tissues such as bone marrow-derived, embryo-derived, cord blood-derived, other placenta, alveolar bone, muscle, May be derived from bone marrow.
일구현예로, 골수로부터 중간엽줄기세포를 분리하기 위해서는 피콜(ficoll)을 이용하여 농도구배 차이를 이용하면 분리하기 용이하다. 분리된 골수기원 중간엽줄기세포는 2~5 회, 바람직하게는 3~4회, 가장 바람직하게는 3 회 계대배양한 것을 사용하는 것이 바람직하다.In one embodiment, it is easy to separate mesenchymal stem cells from bone marrow using a concentration gradient difference using ficoll. The isolated bone marrow-derived mesenchymal stem cells are preferably cultured 2 to 5 times, preferably 3 to 4 times, most preferably 3 times.
이하에서는, 중간엽줄기세포를 신경세포, 연골세포, 및 골세포로 분화 유도하는 기술을 각각 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, techniques for inducing the differentiation of mesenchymal stem cells into neurons, chondrocytes, and osteocytes will be described in more detail, respectively.
하나의 양태로서, 본 발명은 중간엽줄기세포를 신경세포로 분화 유도 기술을 제공한다.In one embodiment, the present invention provides a technique for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into neuronal cells.
구체적인 일 양태로, 본 발명은 (i) 5-아자싸이티딘, 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 를 포함하는, 중간엽줄기세포로부터 신경세포로의 분화 유도용 조성물에 관한 것이다.In a specific aspect, the present invention relates to a composition for inducing differentiation from mesenchymal stem cells into neurons, comprising (i) 5-azathiidine or (ii) 5-azacytidine and tricostatin A .
구체적인 다른 일 양태로, 본 발명은 상기 조성물을 이용하여 중간엽줄기세포를 신경세포로 분화 유도하는 방법에 관한 것이다.In another specific embodiment, the present invention relates to a method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into neurons using the composition.
바람직한 일 양태로, 본 발명은 (i) 5-아자싸이티딘 (5-Azacitidine), 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A (Trichostatin A)의 존재 하에 중간엽줄기세포를 배양하는 단계를 포함하는, 중간엽줄기세포를 신경세포로 분화 유도하는 방법에 관한 것이다.In a preferred embodiment, the present invention relates to a method for culturing mesenchymal stem cells in the presence of (i) 5-Azacitidine, or (ii) 5-azathiidine and Trichostatin A To a method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into neural cells.
본 발명에서, 중간엽줄기세포를 신경세포로 분화 유도하기 위하여, 상기 5-아자싸이티딘은 2 μM의 농도로, 보다 바람직하게는 500 nM 내지 10μM의 농도로 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 트라코스타틴 A 는 5-아자싸이티딘과 함께 사용될 수 있으며, 이 때 트라코스타틴 A는 100 내지 300 nM 의 농도로, 보다 바람직하게는 100 nM 의 농도로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 화합물들의 농도가 너무 낮으면 충분한 분화 유도 효과를 보기 어렵고, 농도가 너무 높으면 세포 독성을 일으킬 수 있으므로, 적절한 농도범위를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, in order to induce differentiation of mesenchymal stem cells into neural cells, it is preferable that the 5-azacytidine is used at a concentration of 2 μM, more preferably 500 nM to 10 μM. Tracostatin A may also be used in combination with 5-azacytidine, wherein Tracostatin A is preferably used at a concentration of 100 to 300 nM, more preferably 100 nM. If the concentration of the above compounds is too low, sufficient induction of differentiation is hardly observed. If the concentration is too high, it may cause cytotoxicity. Therefore, it is preferable to select an appropriate concentration range.
또한, 중간엽줄기세포를 신경세포로 분화 유도하기 위하여, 5-아자싸이티딘, 또는 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 를 사용함에 있어서, 통상의 신경세포 분화 배지에서 중간엽줄기세포를 배양하기 전단계에서 상기 화합물들을 전처리하여 사용하거나, 당업계에서 신경세포 분화에 통상 사용되는 배지 성분들과 함께 상기 화합물들을 사용할 수 있다.In addition, in order to induce the differentiation of mesenchymal stem cells into neurons, in the case of using 5-azathiidine or 5-azacytidine and tricostatin A, mesenchymal stem cells are cultured in a normal neuronal differentiation medium These compounds may be used in the pre-treatment step, or may be used in combination with the medium components commonly used in neuronal differentiation in the art.
상기 당업계에서 통상 사용되는 신경세포 분화 유도 배지 성분으로는, 이에 제한되는 것은 아니나, 부틸 히드록시아니솔 (butylated hydroxyanisole), 디메틸설폭사이드 (dimethylsulfoxide), 베타-머캡토에탄올 (β-mercaptoethanol), 염화칼륨, 헤파린, 염기성-섬유아세포 성장인자(basic fibrous growth factor, bFGF), 인슐린, 트랜스페린, 프로게스테론, 푸트레신, 아셀렌산염 (sodium selenite), 트레티노인 (all-trans-retinoic acid), BDNF (Brain-derived Neurotrophic Factor)를 예시할 수 있다. The nerve cell differentiation induction medium commonly used in the art includes, but is not limited to, butylated hydroxyanisole, dimethylsulfoxide, beta-mercaptoethanol, (BFGF), insulin, transferrin, progesterone, putrescine, sodium selenite, all-trans-retinoic acid, BDNF (Brain -derived Neurotrophic Factor).
보다 바람직하게는, 50~150 μM 부틸 히드록시아니솔, 1~3% 디메틸설폭사이드, 10~40 mM 염화칼륨, 1~10 U/ml 헤파린, 10~30 ng/ml bFGF, 1~10 μg/ml 인슐린, 50~150 μg/ml 트랜스페린, 10~40 nM 프로게스테론, 50~150 μM 푸트레신, 10~50 nM 아셀렌산염, 0.1~1 μM 트레티노인, 및 300~800 ng/ml BDNF 을 예시할 수 있다. More preferably, it is preferable to use a solution containing 50 to 150 μM butylhydroxyanisole, 1 to 3% dimethyl sulfoxide, 10 to 40 mM potassium chloride, 1 to 10 U / ml heparin, 10 to 30 ng / ml bFGF, ml insulin, 50-150 μg / ml transferrin, 10-40 nM progesterone, 50-150 μM putrescine, 10-50 nM selenite, 0.1-1 μM tretinoin, and 300-800 ng / ml BDNF .
또한, 본 발명에서 중간엽줄기세포를 신경세포로 분화시키는 방법은, 중간엽줄기세포의 세포 활성을 높여주고 신경세포로의 분화 유도를 보다 촉진하기 위하여, 염기성-섬유아세포 성장인자(bFGF)를 포함하는 배양액에서 12 내지 24시간 정도 전 처리 과정을 거치는 것이 바람직하다. 그런 다음 세포를 파종한 후, 5-아자싸이티딘, 또는 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A, 그리고 기타 신경세포 분화 유도 물질이 포함된 배지에서 5시간 이상 신경분화를 유도하는 것이 더욱 바람직하다. In addition, the method of differentiating mesenchymal stem cells into neurons according to the present invention is characterized in that a basic-fibroblast growth factor (bFGF) is added to enhance the cell activity of mesenchymal stem cells and induce differentiation into neurons It is preferable to undergo a pretreatment process for about 12 to 24 hours. It is further preferred to induce neural differentiation in the medium containing 5-azathiidine, 5-azathiidine and tricostatin A, and other neuronal differentiation inducing substances for 5 hours or more after seeding the cells.
이렇게 분화된 신경세포는 신경세포(neuron), 교세포(glial cell), 성상교세포 (astrocyte), 희소돌기아교세포 (oligodendrocyte) 등의 각종 신경세포로 구성될 수 있다.These differentiated neurons can be composed of various neurons such as neurons, glial cells, astrocyte, and oligodendrocytes.
본 발명에 따라 중간엽줄기세포로부터 분화 유도된 신경세포는 신경계 질환 치료를 위한 세포 치료제로 사용될 수 있다. 여기서, 신경세포를 이용하여 치료할 수 있는 신경계 질환으로는 파킨슨씨병, 알츠하이머, 피크병(Pick's disease), 헌팅톤병(Huntington's disease), 근위축성 측면 경화증(amyotriphic lateral sclerosis) 및 허혈성 뇌질환(ischemic brain disease; stroke)과 같은 퇴행성 뇌신경 질환이 대표적이지만 이에 한정되는 것은 아니며, 신경세포의 비정상적 소멸에 의해 야기되는 각종 질병은 물론 척수 손상에 의한 운동 장애 등의 치료에도 이용될 수 있다. 본 발명의 조성물은 신경세포 분화 유도를 통해 상기 신경계 질환을 치료할 수 있다.
According to the present invention, neurons differentiated from mesenchymal stem cells can be used as a cell therapy agent for the treatment of neurological diseases. Herein, neurological diseases that can be treated using neurons include Parkinson's disease, Alzheimer's disease, Pick's disease, Huntington's disease, amyotriphic lateral sclerosis and ischemic brain disease ; stroke), but the present invention is not limited thereto, and it can be used for treatment of various disorders caused by abnormal annihilation of nerve cells as well as movement disorders due to spinal cord injury. The composition of the present invention can treat the neurological diseases by inducing differentiation of neurons.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 본 발명은 중간엽줄기세포를 연골세포로 분화 유도 기술을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a technique for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into cartilage cells.
구체적인 일 양태로, 본 발명은 (i) 5-아자싸이티딘, 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 를 포함하는, 중간엽줄기세포로부터 연골세포로의 분화 유도용 조성물에 관한 것이다.In a specific aspect, the present invention relates to a composition for inducing differentiation from mesenchymal stem cells into chondrocytes, comprising (i) 5-azathiidine or (ii) 5-azacytidine and tricostatin A .
구체적인 다른 일 양태로, 본 발명은 상기 조성물을 이용하여 중간엽줄기세포를 연골세포로 분화 유도하는 방법에 관한 것이다.In another specific embodiment, the present invention relates to a method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into chondrocytes using the composition.
바람직한 일 양태로, 본 발명은 (i) 5-아자싸이티딘 (5-Azacitidine), 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A (Trichostatin A)의 존재 하에 중간엽줄기세포를 배양하는 단계를 포함하는, 중간엽줄기세포를 연골세포로 분화 유도하는 방법에 관한 것이다.In a preferred embodiment, the present invention relates to a method for culturing mesenchymal stem cells in the presence of (i) 5-Azacitidine, or (ii) 5-azathiidine and Trichostatin A To a method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into cartilage cells.
본 발명에서, 중간엽줄기세포를 연골세포로 분화 유도하기 위하여, 상기 5-아자싸이티딘은 2 μM의 농도로, 보다 바람직하게는 500 nM 내지 10μM의 농도로 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 트라코스타틴 A 는 5-아자싸이티딘과 함께 사용될 수 있으며, 이 때 트라코스타틴 A는 100 내지 300 nM 의 농도로, 보다 바람직하게는 100 nM 의 농도로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 화합물들의 농도가 너무 낮으면 충분한 분화 유도 효과를 보기 어렵고, 농도가 너무 높으면 세포 독성을 일으킬 수 있으므로, 적절한 농도범위를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, in order to induce differentiation of mesenchymal stem cells into chondrocytes, it is preferable that the 5-azacytidine is used at a concentration of 2 μM, more preferably 500 nM to 10 μM. Tracostatin A may also be used in combination with 5-azacytidine, wherein Tracostatin A is preferably used at a concentration of 100 to 300 nM, more preferably 100 nM. If the concentration of the above compounds is too low, sufficient induction of differentiation is hardly observed. If the concentration is too high, it may cause cytotoxicity. Therefore, it is preferable to select an appropriate concentration range.
또한, 중간엽줄기세포를 연골세포로 분화 유도하기 위하여, 5-아자싸이티딘, 또는 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 를 사용함에 있어서, 통상의 연골세포 분화 배지에서 중간엽줄기세포를 배양하기 전단계에서 상기 화합물들을 전처리하여 사용하거나, 당업계에서 연골세포 분화에 통상 사용되는 배지 성분들과 함께 상기 화합물들을 사용할 수 있다.In addition, in order to induce differentiation of mesenchymal stem cells into chondrocytes, in the case of using 5-azacytidine or 5-azacytidine and trichostatin A, the mesenchymal stem cells are cultured in a normal chondrocyte differentiation medium These compounds may be used in the pre-treatment step, or may be used in combination with media components commonly used in chondrocyte differentiation in the art.
상기 당업계에서 통상 사용되는 연골세포 분화 유도 배지 성분으로는, 이에 제한되는 것은 아니나, 인슐린, 트랜스페린, 셀레늄, 덱사메타손, L-아스코르베이트-2-포스페이트, L-프롤린 및 소듐 피루베이트 등을 예시할 수 있다. 상기 인슐린, 트랜스페린, 및 셀레늄염은 상업적으로 시판되는 ITS (Gibco, USA)를 사용할 수도 있다. Examples of the chondrocyte differentiation induction medium commonly used in the art include, but are not limited to, insulin, transferrin, selenium, dexamethasone, L-ascorbate-2-phosphate, L-proline and sodium pyruvate can do. The insulin, the transferrin, and the selenium salt may be commercially available ITS (Gibco, USA).
보다 바람직하게는, 0.5~3% 인슐린-트랜스페린-셀레늄, 10-6 ~10-8 M 덱사메타손, 10~100μM L-아스코르베이트-2-포스페이트, 10~100 μM L-프롤린 및 0.5~3 mM 소듐 피루베이트를 포함하는 DMEM/F-12 배양액을 예시할 수 있다. More preferably, the insulin-transferrin-selenium is selected from the group consisting of 0.5 to 3% insulin-transferrin-selenium, 10 -6 to 10 -8 M dexamethasone, 10 to 100 μM L-ascorbate-2- phosphate, 10 to 100 μM L- DMEM / F-12 culture medium containing sodium pyruvate can be exemplified.
또한, 본 발명에서 중간엽줄기세포를 연골세포로 분화시키는 방법은, 당업계에 알려진 3차원 배양 방법을 적용할 수 있다. 3차원 배양이란 세포 성장에 의해 세포단층(mono-layer)이 형성되도록 배양하는 통상적인 단층배양이 아닌 세포들이 뭉쳐서 성장하여 3차원적인 입체형태(예를 들면, 구체 또는 타원체)를 형성하도록 배양하는 것을 말하며, 바람직하게는 펠렛(pellet) 배양을 적용할 수 있다. 펠렛 배양은 연골세포의 표현형을 유지시키는데 효과적이며, 원심분리를 통해 쉽게 세포를 응집하여 세포와 세포간의 접합 효과를 유도하여 초기 연골 조직 생성과 비슷한 세포외 환경을 제공할 수 있다. In addition, in the present invention, as a method of differentiating mesenchymal stem cells into chondrocytes, a three-dimensional culture method known in the art can be applied. Three-dimensional culture refers to a method of culturing a cell such that a cell monolayer is formed by cell growth, rather than a conventional monolayer culture, so that the cells are grown to form a three-dimensional solid form (for example, spherical or ellipsoidal form) , Preferably pelleted cultures can be applied. Pellet cultures are effective in maintaining the phenotype of chondrocytes, and they can easily aggregate cells through centrifugation to induce a junction effect between cells and cells to provide an extracellular environment similar to early cartilage tissue formation.
이렇게 분화 유도된 연골세포는 각종 연골 질환 치료를 위한 세포 치료제로 이용될 수 있다. 여기서, 연골 질환이란 연골 분화 및 재생을 필요로 하는 연골에 관련된 질환을 의미하며, 퇴행성 관절염, 류마티스성 관절염 또는 골절을 포함한다. Such differentiated chondrocytes can be used as a cell therapy agent for treating various cartilage diseases. Herein, cartilage disease means a cartilage-related disease requiring cartilage differentiation and regeneration, and includes degenerative arthritis, rheumatoid arthritis or fracture.
또한, 본 발명의 방법에 의해 분화 유도된 연골세포를 유효성분으로 하는 치료용 조성물은 공지의 방법에 따라 환자의 관절 내로 직접 주입되거나, 3차원 배양 후 스캐폴드와 함께 이식될 수도 있으며(Kim, G. et al, J. Vet. Med. Sci., 66:263, 2004, Lee, J.W. et al., Yonsei Med. J., 30:41, 2004), 치료하고자 하는 질환, 질환의 중증도, 투여 경로, 환자의 체중, 연령 및 성별 등의 여러 관련 인자를 고려하여 투여하는 세포 수를 조절하는 것이 바람직하다.In addition, the therapeutic composition containing the chondrocyte differentiated by the method of the present invention as an active ingredient may be directly injected into the joint of a patient according to a known method, or may be implanted together with a scaffold after three-dimensional culture (Kim, J., 30: 41, 2004), the severity of the disease or condition to be treated, the severity of the disease to be treated, It is preferable to control the number of cells to be administered considering various related factors such as route, patient's weight, age and sex.
또한, 본 발명의 방법에 의해 분화된 연골세포를 일정한 형태의 스캐폴드(scaffold)에서 계속 배양하는 통상의 방법을 사용하여 일정 형태의 인공 연골을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여, 인공관절 또는 귀나 코의 성형에 사용되는 인공 연골을 제조할 수 있다.In addition, a certain type of artificial cartilage can be obtained by using the conventional method of continuously culturing the cartilage cells differentiated by the method of the present invention in a certain type of scaffold, and using the artificial cartilage, The artificial cartilage can be manufactured.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 본 발명은 중간엽줄기세포를 골분화 유도하는 기술을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a technique for inducing bone differentiation of mesenchymal stem cells.
구체적인 일 양태로, 본 발명은 (i) 5-아자싸이티딘 (5-Azacitidine), 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A (Trichostatin A)를 포함하는, 중간엽줄기세포의 골분화 유도용 조성물에 관한 것이다.In a specific embodiment, the present invention provides a method for the treatment of osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells comprising (i) 5-Azacitidine, or (ii) 5-azathiidine and Trichostatin A To a composition for induction.
구체적인 다른 일 양태로, 본 발명은 상기 조성물을 이용한 중간엽줄기세포의 골분화 유도 방법에 관한 것이다.In another specific embodiment, the present invention relates to a method for inducing bone differentiation of mesenchymal stem cells using the composition.
바람직한 일 양태로, (i) 5-아자싸이티딘 (5-Azacitidine), 또는 (ii) 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A (Trichostatin A)의 존재 하에 중간엽줄기세포를 배양하는 단계를 포함하는, 중간엽줄기세포의 골분화 유도 방법에 관한 것이다.In a preferred embodiment, the method comprises culturing mesenchymal stem cells in the presence of (i) 5-Azacitidine, or (ii) 5-azathiidine and Trichostatin A , And a method for inducing bone differentiation of mesenchymal stem cells.
본 발명에서, 중간엽줄기세포를 골분화 유도하기 위하여 상기 5-아자싸이티딘은 2 μM의 농도로, 보다 바람직하게는 500 nM 내지 10μM의 농도로 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 트라코스타틴 A 는 5-아자싸이티딘과 함께 사용될 수 있으며, 이 때 트라코스타틴 A는 100 내지 300 nM 의 농도로, 보다 바람직하게는 100 nM 의 농도로 사용되는 것이 바람직하다 상기 화합물들의 농도가 너무 낮으면 충분한 분화 유도 효과를 보기 어렵고, 농도가 너무 높으면 세포 독성을 일으킬 수 있으므로, 적절한 농도범위를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the 5-azacytidine is preferably used at a concentration of 2 [mu] M, more preferably 500 nM to 10 [mu] M to induce bone differentiation of mesenchymal stem cells. Tracostatin A may also be used in combination with 5-azacytidine, wherein Tracostatin A is preferably used at a concentration of 100 to 300 nM, more preferably 100 nM. If the concentration is too low, it is difficult to induce a sufficient differentiation inducing effect. If the concentration is too high, it may cause cytotoxicity. Therefore, it is preferable to select an appropriate concentration range.
또한, 중간엽줄기세포를 골분화 유도하기 위하여, 5-아자싸이티딘, 또는 5-아자싸이티딘 및 트리코스타틴 A 를 사용함에 있어서, 통상의 골분화 배지에서 중간엽줄기세포를 배양하기 전단계에서 상기 화합물들을 전처리하여 사용하거나, 당업계에서 골분화에 통상 사용되는 배지 성분들과 함께 상기 화합물들을 사용할 수 있다.In addition, in order to induce bone differentiation of mesenchymal stem cells, 5-azacytidine, or 5-azacytidine and trichostatin A are used to induce bone formation in the bone marrow, The compounds may be used pretreated or may be used in conjunction with media components commonly used in the art for bone differentiation.
상기 당업계에서 통상 사용되는 골분화 유도 배지 성분으로는, 이에 제한되는 것은 아니나, FBS 또는 인간 혈청, 덱사메타손, L-아스코르베이트-2-포스페이트, 글리세로포스페이트 등을 예시할 수 있다. 보다 바람직하게는, 7~12% FBS 또는 인간 혈청, 50~150 nM 덱사메타손, 10~100 μM L-아스코르베이트-2-포스페이트, 및 5~20 mM 글리세로포스페이트를 포함하는 α-MEM 배양액을 예시할 수 있다. Examples of the bone differentiation inducing medium commonly used in the art include, but are not limited to, FBS or human serum, dexamethasone, L-ascorbate-2-phosphate, glycerophosphate and the like. More preferably, an α-MEM culture medium containing 7-12% FBS or human serum, 50-150 nM dexamethasone, 10-100 μM L-ascorbate-2-phosphate, and 5-20 mM glycerophosphate is added For example.
본 발명에 따라 중간엽줄기세포로부터 분화 유도된 골형성 세포는 골질환 치료를 위한 세포 치료제로 이용될 수 있다. 여기서, 골질환이란 골분화 및 재생을 필요로 하는 골에 관련된 질환을 의미하며, 골절, 외상성 골손상, 골결손, 골다공증 및 골괴사 등을 포함한다. According to the present invention, osteogenic cells induced differentiation from mesenchymal stem cells can be used as a cell therapy agent for treating bone diseases. Here, the bone disease refers to a bone-related disease that requires bone differentiation and regeneration, and includes fracture, traumatic bone loss, bone defect, osteoporosis, and osteonecrosis.
본 발명에 따른 방법으로 생산된 골세포를 유효성분으로 하는 치료용 조성물은 공지의 방법에 따라 환자의 환부 내로 직접 주입되거나, 3차원 배양 후 스캐폴드와 함께 이식될 수도 있으며, 치료하고자 하는 질환, 질환의 중증도, 투여경로, 환자의 체중, 연령 및 성별 등의 여러 관련인자를 고려하여 투여하는 세포 수를 조절하는 것이 바람직하다. The therapeutic composition comprising bone cells produced by the method of the present invention as an active ingredient may be directly injected into the affected part of the patient according to a known method, or may be implanted together with the scaffold after three-dimensional culture, It is preferable to control the number of cells to be administered in consideration of various factors such as severity of disease, route of administration, body weight of the patient, age and sex.
본 발명에 따른 제조방법에 의해 분화된 골세포를 임의의 형태의 스캐폴드(scaffold)에서 배양하는 통상의 방법을 사용하여 일정 형태의 인공 뼈를 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 인공 뼈 또는 골 손상부위나 결손부의 성형에 사용되는 인공 뼈를 제조할 수 있다.By using the conventional method of culturing the osteocytes differentiated by the manufacturing method according to the present invention in a certain type of scaffold, a certain type of artificial bone can be obtained, and the artificial bone or bone damage site The artificial bone used for forming the defective portion can be manufactured.
본 발명에 따라 체외에서 중간엽줄기세포를 신경세포, 연골세포 및 골세포 등 원하는 계통의 세포로 대량 분화 유도 할 수 있으므로, 종래의 세포 공급의 문제를 해결하여 중간엽줄기세포를 사용한 세포 치료 요법에 유용하게 적용될 수 있다.According to the present invention, it is possible to mass-induce mesenchymal stem cells into cells of a desired lineage such as nerve cells, cartilage cells and osteocytes in vitro, thereby solving the problem of conventional cell supply, As shown in FIG.
도 1A 는 골수 유래 중간엽줄기세포의 면역 표현형을 조사한 결과이고, 도 1B 는 골수 유래 중간엽줄기세포를 현미경으로 관찰한 사진을 나타낸다.
도 2A는 중간엽 줄기세포의 골형성 분화 결과를 알리자린 레드 염색으로 확인한 결과를 나타내고, 도 2B 는 알카라인 포스페이트를 확인한 면역세포화학법 수행 결과를 나타내고, 도 2C 는 Osterix 를 확인한 면역세포화학법 수행 결과를 나타낸다. 도 2D 는 Osterix 의 발현을 확인한 웨스턴 블랏 결과를 나타낸다.
도 3A 는 중간엽 줄기세포의 신경 분화 결과를 확인하기 위하여 자연 신경세포 마커 NeuN 를 확인한 결과이고, 도 3B 는 성상교세포 (astrocyte) 마커 GFAP 를 확인한 결과를 나타내고, 도 3C 는 희소돌기아교세포 (oligodendrocyte) 마커인 MAP 를 확인한 결과를 나타낸다. 도 3D 는 MAP-2와 네스틴의 발현을 확인한 웨스턴 블랏 결과를 나타낸다.
도 4A는 중간엽 줄기세포의 연골 분화 결과를 확인하기 위하여 사프라닌-O 염색한 결과를 나타내고, 도 4B는 Type II 콜라겐을 확인한 면역조직화학 평가 결과이고, 도 4C는 Type II 콜라겐을 확인한 웨스턴 블랏 결과를 나타낸다.
도 5A는 중간엽줄기세포 분화 유도시 신경세포 생존 마커인 BDNF mRNA 발현을 확인한 PCR 결과이고, 도 5B는 연골 분화 조절 유전자인 SOX-9 발현을 확인한 PCR 결과이고, 도 5C는 골형성 분화 마커 Osterix 발현을 확인한 PCR 결과이고, 도 5D 는 골형성 분화 마커 Runx-2 발현을 확인한 PCR 결과이다.
도 6A는 중간엽줄기세포의 HDAC 활성을 확인한 결과이고, 도 6B는 BDNF 및 Runx-2 를 확인한 결과이다.FIG. 1A shows the result of examining the immunophenotype of bone marrow-derived mesenchymal stem cells, and FIG. 1B shows a microscopic photograph of bone marrow-derived mesenchymal stem cells.
FIG. 2A shows the result of osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells obtained by alizarin red staining. FIG. 2B shows the result of immunocytochemistry showing alkaline phosphatase. FIG. 2C shows the result of immunocytochemistry . Figure 2D shows the Western blot results confirming Osterix expression.
FIG. 3A shows the result of confirming the natural neuron marker NeuN in order to confirm the neural differentiation result of the mesenchymal stem cells, FIG. 3B shows the result of confirming astrocyte marker GFAP, FIG. 3C shows the result of oligodendrocyte ) Marker, which is a marker. Figure 3D shows Western blot results confirming the expression of MAP-2 and nestin.
Fig. 4A shows the result of saffranin-O staining to confirm the result of cartilage differentiation of mesenchymal stem cells, Fig. 4B shows the result of immunohistochemistry in which Type II collagen was confirmed, Fig. 4C shows a result of Western blot analysis Blot results.
FIG. 5A is a PCR result showing the expression of BDNF mRNA, a neuronal cell survival marker during induction of mesenchymal stem cell differentiation, FIG. 5B is a PCR result confirming the expression of SOX-9, a cartilage differentiation regulatory gene, and FIG. FIG. 5D is a PCR result confirming the expression of osteogenic differentiation marker Runx-2. FIG.
FIG. 6A shows the results of confirming HDAC activity of mesenchymal stem cells, and FIG. 6B shows results of confirming BDNF and Runx-2.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.
실시예Example 1. 샘플 조달 1. Sample Procurement
골수 흡입물(BM Aspirate)을 기관의 승인과 동의를 받은 5명의 건강한 공여자로부터 회수하였다.
Bone marrow aspirate (BM Aspirate) was collected from five healthy donors who received approval and consent from the institution.
실시예Example 2. 세포 분리 및 배양 2. Cell Isolation and Culture
골수 단핵구 세포(BM mononuclear cell)들을 밀도차 원심분리를 이용하여 헤파린 처리한 BM 표본으로부터 분리하였다. 세포들은 10% FBS (Invitrogen) 및 1% 항생제가 첨가된 DMEM 배지(Invitrogen, Grand Island, NY)에서 배양하였고, 배양물을 5% 이산화탄소 습한 대기에서 24시간 동안 37℃에서 유지시켰다. 세포들을 PBS로 세척하여 부착되지 않은 물질들을 제거하였다. 신장 기간 동안, 배지는 1주에 2번 갈아주었다. 70~90% confluence가 도달되었을 때, 세포들을 0.25 트립신-1mM EDTA (Invitrogen)를 이용하여 분리하였고, PBS로 세척하고 계수한 후 다시 플레이팅하였다.
Bone mononuclear cells (BM mononuclear cells) were separated from heparinized BM specimens using density gradient centrifugation. Cells were cultured in DMEM medium (Invitrogen, Grand Island, NY) supplemented with 10% FBS (Invitrogen) and 1% antibiotic, and the cultures were maintained at 37 ° C in a 5
실시예Example 3. 3. 유세포Flow cell 분석기를 이용한 골수 유래 Bone marrow derived from analyzer 중간엽줄기세포의Of mesenchymal stem cells 면역표현형 검사 Immunophenotype test
골수 유래 중간엽줄기세포(BM MSC, 3계대)를 얼음에서 30분 동안 1차 염색제를 처리하여 적정 농도로 인큐베이션 시킨 후, PBS/2% FBS로 세척하였다. 알로피코시아닌 (APC; BD Pharmingen, San Diego, CA, USA)이 콘쥬게이트된 CD14, 피코에리쓰린 (PE; BD Pharmingen)이 콘쥬게이트된 CD34, fluorescent isothio cyanate(FITC; BD Pharmingen)가 콘쥬게이트된 인간 CD45, PE (BD Pharmingen)가 콘쥬게이트된 인간 CD73, PE(BD Pharmingen)가 콘쥬게이트된 인간 CD90, 및 PE (BD Pharmingen)가 콘쥬게이트된 인간 HLADR에 대하여, 1차 쥐 단클론 항체들을 사용하였다. 표면 분자의 염색은 단일 단계로 수행하였다. Cytomics FC 500® (Beckman Coulter Inc., Fullerton, CA)로 분석하기 전에, 세포 샘플을 2% FBS 함유 HEPES (N-2-hydroxyethylpiperazine-N'-2-ethanesulfonic acid; Welgene Inc.) 로 두 번 세척하였다. 죽은 세포들은 1 μg/ml propidium iodide (PI: Sigma Chemical, St Louis, MO)로 염색하여 제외하였다. 남은 세포들은 CXP software®(Beckman Coulter Inc.)를 이용하여 분석하였다.
Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM MSC, 3rd pass) were incubated in ice for 30 min with primary stain, incubated at the appropriate concentration, and washed with PBS / 2% FBS. CD34 conjugated with Alopicoscien (APC; BD Pharmingen, San Diego, CA, USA), CD34 conjugated with PE (BD Pharmingen), fluorescent isothio cyanate (FITC; BD Pharmingen) Primary murine monoclonal antibodies were used for human HLADR conjugated with human CD45, human CD45 conjugated with PE (BD Pharmingen), human CD90 conjugated with PE (BD Pharmingen), and PE (BD Pharmingen) Respectively. Surface molecule staining was performed in a single step. Prior to analysis with Cytomics FC 500® (Beckman Coulter Inc., Fullerton, Calif.), Cell samples were washed twice with 2% FBS-containing HEPES (N-2-hydroxyethylpiperazine-N'-2-ethanesulfonic acid; Welgene Inc.) Respectively. Dead cells were stained with 1 μg / ml propidium iodide (PI: Sigma Chemical, St Louis, MO). The remaining cells were analyzed using CXP software (Beckman Coulter Inc.).
실시예Example 4. 5- 4. 5- AZAAZA 및 And TSA 의TSA's 인비트로Invitro 처리 시험 Treatment test
AZA와 TSA는 Sigma-Aldrich (St Louis, Mo, USA)로부터 구입하였다. 모든, 인 비트로 실험에서, AZA는 2 μM 처리하여 분화를 유도한 반면, TSA는 최종 농도 100nM으로 처리하여 분화를 유도하였으며, 단독 또는 함께 처리하였다.
AZA and TSA were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). In all in vitro experiments, AZA induced differentiation by treatment with 2 μM, while TSA treated with 100 nM final concentration induced differentiation, alone or together.
실시예Example 5. 신경 분화 5. Neurogenesis
배양된 중간엽줄기세포를 효소적으로 분리하여, 10% FBS 함유 α-minimum essential medium (α-MEM, Invitrogen) 배지에 4,000 cells/cm2로 플레이팅 하였다. 유도하기 24시간 전에, 배지는 α-MEM, 10% FBS, 및 10 ng/ml bFGF (Invitrogen)로 구성된 전유도 배지로 갈아주었다. 세포들은 100 μM 부틸 히드록시아니솔 (butylated hydroxyanisole), 2% 디메틸설폭사이드 (dimethylsulfoxide), 25 mM KCl, 5 U/ml 헤파린, 20 ng/ml bFGF, 5 μg/ml 인슐린, 100 μg/ml 트랜스페린, 20 nM 프로게스테론, 100 μM 푸트레신, 30 nM 아셀렌산염 (sodium selenite), 0.5 μM 트레티노인 (all-trans-retinoic acid), 및 500 ng/ml BDNF (Brain-derived Neurotrophic Factor) (Chemicon, Temecula, CA)로 구성된 신경 유도 배지 (NIM)로 전처리 배지를 갈아주어, 신경 분화를 유도하였다. 유도 후에 세포들은 7일 동안 NIM에서 유지시켰다.
The cultured mesenchymal stem cells were enzymatically separated and plated at 4,000 cells / cm 2 in α-minimal essential medium (α-MEM, Invitrogen) medium containing 10% FBS. Twenty-four hours prior to induction, the medium was changed to whole-medium medium consisting of α-MEM, 10% FBS, and 10 ng / ml bFGF (Invitrogen). Cells were treated with 100 μM butylated hydroxyanisole, 2% dimethylsulfoxide, 25 mM KCl, 5 U / ml heparin, 20 ng / ml bFGF, 5 μg / ml insulin, 100 μg / ml transferrin , 20 nM progesterone, 100 μM putrescine, 30 nM sodium selenite, 0.5 μM all-trans-retinoic acid, and 500 ng / ml Brain-derived Neurotrophic Factor (Chemicon, Temecula , And CA) to induce neuronal differentiation. After induction, cells were maintained in NIM for 7 days.
실시예Example 6. 6. 골형성Osteogenesis 분화 differentiation
골형성 분화 유도를 위해, 중간엽줄기세포를 특정 유도 배지 (10% FBS, 100 nM 덱사메타손, 50 μM L-아스코르베이트-2-포스페이트, 10 mM 글리세로포스페이트, 및 1% 항생제/항진균제를 함유하는 α-MEM 용액으로 구성된 골형성배지)에서 배양하였다. 세포들을 상기 배지에서 2주까지 12-웰 플레이트에서 한 웰당 3 x 105 cells 의 밀도로 인큐베이션하였다. 배지는 3일마다 교체하였다. 14일째에 골형성 분화 분석을 수행하였다. 배양 하고, 세포들을 칼슘 침착된 부분을 표시하기 위해 Alizalin Red로 염색하였다.
For induction of osteogenic differentiation, mesenchymal stem cells were cultured in a specific induction medium containing 10% FBS, 100 nM dexamethasone, 50 μM L-ascorbate-2-phosphate, 10 mM glycerophosphate, and 1% antibiotic / 0.0 > a-MEM < / RTI > solution). Cells were incubated in a 12-well plate in the medium up to two weeks at a density of one per well 3 x 10 5 cells. The medium was replaced every 3 days. On the 14th day, osteogenic differentiation analysis was performed. And cells were stained with Alizalin Red to indicate the calcium-deposited portion.
실시예Example 7. 연골 분화 7. Cartilage differentiation
연골 분화를 위하여, 2.5 x 105 중간엽줄기세포를 연골 분화 배지(CM; 1% 인슐린-트랜스페린-셀레늄, 10-7 M L-덱사메타손, 50 μM L-아스코르베이트-2-포스페이트, 50 μM L-프롤린 및 1 mM 소듐 피루베이트를 포함하는 DMEM/F-12)에서 인 비트로 펠렛 배양을 수행하였다. 펠렛 배양을 위해, 세포 현탁액 500ul를 15ml 폴리프로필렌 원심분리 튜브에 넣고, 500 x g에서 5분 동안 벤치탑 원심분리로 돌렸다. 튜브는 95% 공기, 5% CO2 포함한 습한 대기 하에 37℃에서 21일 동안 인큐베이션 하였다. 튜브의 캡을 헐겁게 하여, 공기가 교환되도록 하였고, 배지는 3일마다 교체해주었다. 21일 동안 배양한 후에 펠렛을 따서, 글리코사미노글리칸을 표시하기 위해 Safranin-O를 처리하였다.
For cartilage differentiation, 2.5 x 10 5 mesenchymal stem cells were cultured in chondrogenic differentiation medium (CM; 1% insulin-transferrin-selenium, 10 -7 M L -dexamethasone, 50 μM L-ascorbate- In DMEM / F-12 containing L-proline and 1 mM sodium pyruvate). For pellet culture, 500 ul of the cell suspension was placed in a 15 ml polypropylene centrifuge tube and centrifuged for 5 minutes at 500 xg for bench-top centrifugation. Tubes were incubated in 95% air, 5% CO 2 37 ℃ under a humid atmosphere including 21 days. The cap of the tube was loosened to allow air to be exchanged, and the medium was changed every 3 days. After 21 days of culture, the pellet was removed and treated with Safranin-O to indicate glycosaminoglycan.
실시예Example 8. 면역세포화학 및 면역조직화학 8. Immunocytochemistry and immunohistochemistry
신경 형성 및 골 형성 여부를 분석하기 위하여, 면역세포화학과 면역조직화학을 수행하였다. 세포 배양물은 12-웰 플레이트에서 신경 또는 골 형성 배지에서 배양하였다. 플레이트는 10분 동안 4% 포름알데히드로 고정하였고, 5분 동안 0.1% 트립톤 X-200을 포함한 PBS 에 두어, 항체 투과성을 높이도록 하였다. 그리고, PBS로 두 번 세척하였다. 세포들은 10% NGS (normal goat serum)에서 배양하고, NeuN (Neuronal Nuclei; Chemicon, Temecula, CA), GFAP (glial fibrillary acidic protein; Dako, Carpinteria, CA) 및 Tuj1 (Neuron-specific class III beta-tubulin; Chemicon), 오스테오칼신 (Chemicon) 및 오스테오폰틴 (Chemicon)에 대한 항체들로 염색한 후, Alexa 488- 또는 Alexa 594- 표지된 2차 항체 (Molecular Probes, Eugene, OR)와 함께 밤새 인큐베이션 하였다. 핵은 4',6-디아미디노-2-페닐인돌 (DAPI, Molecular Probes)로 염색하였다. 형광 이미지는 LSM 510 메타 공초점 현미경을 (Carl Zeiss, Jena, Germany) 이용하여 얻었다. Immunohistochemistry and immunohistochemistry were performed to analyze neurogenesis and osteogenesis. Cell cultures were cultured in 12-well plates in neural or osteogenic medium. Plates were fixed with 4% formaldehyde for 10 minutes and placed in PBS containing 0.1% tryptone X-200 for 5 minutes to increase antibody permeability. And washed twice with PBS. Cells were cultured in 10% NGS (normal goat serum) and cultured in NeuN (Neuron Nuclei; Chemicon, Temecula, CA), glial fibrillary acidic protein (GFAP; Dako, Carpinteria, CA) and Tuj1 (Neuron-specific class III beta-tubulin ; Chemicon), osteocalcin (Chemicon) and osteopontin (Chemicon) and then incubated overnight with Alexa 488- or Alexa 594-labeled secondary antibody (Molecular Probes, Eugene, OR). The nuclei were stained with 4 ', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI, Molecular Probes). Fluorescence images were obtained using an LSM 510 meta-confocal microscope (Carl Zeiss, Jena, Germany).
연골 분화를 확인하기 위해, 면역조직화학분석은 1차 항체로 항-콜라겐 II (Chemicon)를 이용하여 수행하였다. 모든 배양은 습한 챔버에서 수행하였다. 다음으로, 분할된 면은 PBS로 헹궈주고, Alexa 488로 표지된 2차 항체로 인큐베이션 하였다. PBS 에서 3번 세척한 다음, 샘플들을 DAPI로 5분 동안 인큐베이션 하였다. 최종적으로, 분할된 면을 LSM510 메타 공초점 현미경을 이용해 확인하였다.
To confirm cartilage differentiation, immunohistochemical analysis was performed using anti-collagen II (Chemicon) as the primary antibody. All cultures were performed in a humid chamber. Next, the divided surfaces were rinsed with PBS and incubated with the secondary antibody labeled with Alexa 488. After 3 washes in PBS, samples were incubated with DAPI for 5 minutes. Finally, the divided surfaces were confirmed using an LSM510 meta-confocal microscope.
실시예Example 9. 9. 웨스턴Western 블랏Blat 분석 analysis
특정 분화 관련 단백질들의 발현을 보기 위해 웨스턴 블랏 분석을 수행하였다 (골형성: 오스테오칼신 및 오스테오폰틴; 신경형성: MAP-2, 네스틴; 연골 형성: 콜라겐 타입 II (COL2A1, Chemicon)). 세포들을 PBS로 헹구어 내고, RIPA 버퍼로 얼음에서 30분 동안 용해하였다. 동일한 양의 단백질 추출물을 10% SDS-PAGE로 분획화하고, BioTrace TM NT Nitrocellulose Transfer Membrane에 트랜스퍼하였다. 5% 무지방 우유 파우더(Becton, Franklin Lakes, NJ USA)를 함유한 TBS-T(10mM Tris; 150mM Nacl, 0.05% Tween-20, Immunobioscience, USA)으로 블록킹한 후, 블랏을 실온에서 2시간 동안 특정 1차 항체로 인큐베이션하고, 세척하고, 실온에서 1시간 동안 2차 항체로 인큐베이션하였다. 블랏을 키트 프로토콜에 따라 SuperSignal® West Pico Chemiluminescent Substrate (Pierce , Merdian Rd, Fockford, IL USA)을 이용하여 현상했고, 블랏들을 enhanced chemiluminescence detection system (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ)을 이용하여 어세이하였다.
Western blot analysis was performed to see the expression of specific differentiation-related proteins (bone formation: osteocalcin and osteopontin; neural formation: MAP-2, nestin; cartilage formation: collagen type II (COL2A1, Chemicon)). Cells were rinsed with PBS and lysed in ice with RIPA buffer for 30 minutes. The same amount of protein extract was fractionated by 10% SDS-PAGE and transferred to BioTrace TM NT Nitrocellulose Transfer Membrane. After blocking with TBS-T (10 mM Tris; 150 mM Nacl, 0.05% Tween-20, Immunobioscience, USA) containing 5% nonfat milk powder (Becton, Franklin Lakes, NJ USA), the blot was incubated at room temperature for 2 hours Incubated with a specific primary antibody, washed, and incubated with secondary antibody for 1 hour at room temperature. Blots were developed using SuperSignal® West Pico Chemiluminescent Substrate (Pierce, Merdian Rd, Fockford, IL USA) according to the kit protocol and blots were assayed using an enhanced chemiluminescence detection system (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ).
실시예Example 10. 10. HDACHDAC 활성 activation 어세이Assay
전체 단백질 용해물을 standard Bradford protein assay (Bio-rad)를 이용하여 정량화하고, colorimetric Histone Deacetylase Assay Kit (Millipore, Billerica,MA,USA)을 이용하여 제조자의 지시에 따라 디아세틸라제(deacetylase) 활성을 측정하였다. 상기 어세이는 활성인자 용액이 디아세틸화된 기질과 인큐베이션될 때 방출되는 p-니트로아닐리드(p-nitroanilide)로 인해 색깔이 변하는 것에 기초하여 p-니트로아닐리드를 검출하는 것이다. Colorimetric detection은 스펙트로포토미터를 이용해 405nm에서 측정한다. 헬라 세포 핵 추출물을 양성 대조군으로 이용하였으며, 처리된 세포들의 퍼센트 억제율은 미처리된 대조군과 비교하였다.
Total protein lysates were quantitated using a standard Bradford protein assay (Bio-Rad) and deacetylase activity was measured using a colorimetric Histone Deacetylase Assay Kit (Millipore, Billerica, MA, USA) Respectively. The assay is to detect the p-nitroanilide based on the color change due to the p-nitroanilide released when the active factor solution is incubated with the deacetylated substrate. Colorimetric detection is measured at 405 nm using a spectrophotometer. Hela cell nuclear extract was used as a positive control, and the percent inhibition of the treated cells was compared with the untreated control group.
실시예Example 11. 11. 바이설파이트Bisulfite -- 파이로시퀀싱Pyrosequencing 분석 analysis
본 발명자들은 중간엽줄기세포에서 BDNF, Runx-2 및 콜라겐 타입 II의 CpG 부위에 메틸화 정도를 정량적으로 측정하기 위해 바이설파이트-파이로시퀀싱 분석을 수행하였다. Qiagen QIAamp DNA Mini kit (Qiagen, Valencia, CA)를 이용하여 중간엽줄기세포로부터 게놈 DNA를 추출하였다. DNA 질은 Nanodrop 1000 spectrophotometer (Thermo Scientific; Wilmimgton, DE)를 이용하여 분석하였다. 파이로시퀀싱을 위해, 게놈 DNA (500ng)은 제조자의 지시에 따라 EZ DNA Methylation Kit 를 이용하여 소듐 바이설페이트로 처리하여, 비메틸화된 사이토신을 우라실로 전환하고, 메틸화된 사이토신은 변형하지 않고 두었다. 바이설페이트 전환된 DNA (50ng)을 PyroMark PCR Kit (Qiagen)를 이용하여 25 μM reaction volum으로, 각각의 정방향 및 역방향 프라이머를 이용하여 PCR 하였다. 각각의 반응은 아가로스 젤상에 증폭 산물을 체크하기 위해서 2.5 μM CoralLoad Concentrate (Qiagen)을 포함시켰다. 각각의 프라이머 쌍의 하나의 프라이머는 5' 말단에 바이오틴을 콘쥬게이션하여, Pyromark Q96MD pyrosequencing instrument (Qiagen) 상에 파이로시퀀싱을 스트렙타비딘 비드를 이용하여 단일 가닥의 retention 하도록 하였다. 시퀀싱 분석은 내부 대조군 (타겟 메틸화된 시퀀스 영역내에 비 CpG 사이토신)을 이용하여 밸리데이션 하였다.
The present inventors performed bisulfite-pyrosequencing analysis to quantitatively measure the degree of methylation in the CpG region of BDNF, Runx-2 and collagen type II in mesenchymal stem cells. Genomic DNA was extracted from mesenchymal stem cells using Qiagen QIAamp DNA Mini kit (Qiagen, Valencia, Calif.). DNA was analyzed using a Nanodrop 1000 spectrophotometer (Thermo Scientific; Wilmington, DE). For pyrosequencing, genomic DNA (500 ng) was treated with sodium bisulfate using EZ DNA Methylation Kit according to the manufacturer's instructions to convert unmethylated cytosine to uracil and methylated cytosine without modification. The bisulfate-converted DNA (50 ng) was PCR-amplified using PyroMark PCR Kit (Qiagen) with 25 μM reaction volume and forward and reverse primers, respectively. Each reaction contained 2.5 μM Coral Load Concentrate (Qiagen) to check for amplification products on agarose gels. One primer of each primer pair was conjugated with biotin at the 5 'end, and pyrosequencing was performed on a Pyromark Q96MD pyrosequencing instrument (Qiagen) to allow single strand retention using streptavidin beads. Sequencing analysis was validated using an internal control (non-CpG cytosine in the target methylated sequence region).
실시예Example 12. 통계 시험 12. Statistical Test
모든 정량 데이터는 그룹 평균과 표준편차로써 나타냈다. 통계 분석은 Mann-Whitney U-test using SPSS software (SPSS, Chicago, IL, http://www.spss.com)로 수행하고, 유의성은 p<0.05로 설정하였다.
All quantitative data were expressed as group mean and standard deviation. Statistical analysis was performed using the Mann-Whitney U-test using SPSS software (SPSS, Chicago, IL, http://www.spss.com ) and the significance was set at p <0.05.
실험결과Experiment result
1. 골수 유래 1. Bone marrow derived 중간엽줄기세포의Of mesenchymal stem cells 형태학적 및 면역표현형 특성 Morphological and Immunophenotypic Characteristics
중간엽줄기세포 배양은 모든 건강한 공여자에서 성공적으로 증식되었다. 3계대에서 면역표현형 분석 결과, 배양물은 CD73, CD90 표면 항원에 양성이고, CD14, CD34, CD45 및 HLADR에 음성인 동질의 세포 집단으로 구성되어 있음을 확인하였다 (도 1A). MSC는 길쭉한 (spindle-like) 형태를 가지고 있었다 (도 1B).
Mesenchymal stem cell cultures were successfully propagated in all healthy donors. Immunophenotyping analysis in the third passage confirmed that the cultures were composed of a homogeneous population of cells positive for CD73, CD90 surface antigen and negative for CD14, CD34, CD45 and HLADR (FIG. 1A). The MSC had a spindle-like morphology (Fig. 1B).
2. 5-2. 5- AZAAZA 및 And TSATSA 에 의한 골 Goal by 분화능의Multipotential 증가 increase
골형성 배지에 5-AZA 및 TSA를 단독으로 또는 조합하여 처리함으로써, 5-AZA 및 TSA에 의한 중간엽줄기세포의 골 분화능을 시험하였다. 알리자린 레드 염색 결과, 대조군과 비교하여, 5-AZA 를 단독으로 처리한 경우와, 5-AZA 및 TSA 를 함께 처리한 경우 중간엽줄기세포의 칼슘 증착이 증가되는 것을 확인할 수 있었다. TSA 를 단독으로 처리한 군에서는 유의한 변화가 나타나지 않았다. 골형성 분화 마커인 오스테오칼신 및 오스테오폰틴 단백질 발현을 확인하기 위해 면역세포화학법을 수행한 결과, 위의 알리자린 레드 염색 결과와 마찬가지로, 5-aza 단독 처리군과, 5-aza 및 TSA 조합 처리군은 분화를 유도하는 것으로 나타났으며 (도 2B, C, D), 골분화 과정에서 이들 단백질 발현을 정량화하기 위해 웨스턴 블랏팅을 실시한 결과에서, 5-aza 및 TSA 의 조합은 오스테오칼신 및 오스테오폰틴의 축적을 증가시키는 것으로 나타났다 (도 2E). 이러한 결과는, 5-AZA 단독, 또는 5-aza 및 TSA 조합이 중간엽줄기세포의 골형성 분화 과정을 증대시킨다는 것을 나타낸다.
The osteogenic potential of 5-AZA and TSA by mesenchymal stem cells was examined by treating 5-AZA and TSA alone or in combination in osteogenic medium. As a result of alizarin red staining, it was confirmed that when 5-AZA was treated alone and 5-AZA and TSA were treated together, calcium deposition of mesenchymal stem cells was increased compared to the control group. No significant changes were observed in the group treated with TSA alone. As a result of immunocytochemistry to confirm osteocalcin and osteopontin protein expression as the osteogenic differentiation markers, 5-aza alone treatment group and 5-aza and TSA combination treatment group as well as the above alizarin red staining result (Fig. 2B, C, D), Western blotting was performed to quantify the expression of these proteins in the bone differentiation process. As a result, the combination of 5-aza and TSA showed that osteocalcin and osteopontin (Fig. 2E). These results indicate that the combination of 5-AZA alone or 5-aza and TSA increases the osteogenic differentiation process of mesenchymal stem cells.
3. 5-3. 5- AZAAZA 및 And TSATSA 에 의한 신경 Nervous 분화능의Multipotential 증가 increase
신경 유도 배지에 5-AZA 및 TSA를 단독으로 또는 조합하여 처리함으로써, 5-AZA 및 TSA에 의한 중간엽줄기세포의 신경 분화능을 시험하였다. 5-AZA 와 TSA에 의한 중간엽줄기세포의 신경 분화 가능성을 입증사기 위해 면역세포화학법과 면역블럿팅을 실시하였다. 신경 분화 마커인 Tuji1, 자연 신경세포 마커 NeuN, 성상교세포 (astrocyte) 마커 GFAP, 및 희소돌기아교세포 (oligodendrocyte) 마커인 MAP 단백질 발현을 면역형광을 이용하여 확인하였다. 그 결과, 대조군과 비교하여, 5- AZA 단독 처리군과, 5-aza 및 TSA 조합 처리군에서, 상기 신경 분화 마커들의 발현의 유의적인 증가가 관찰되었다. 특히, 5-aza 및 TSA 조합 처리군에서 GFAP 및 MAP-2는 현저한 발현을 나타내었다 (도 3A-D). 유사한 결과들을 웨스턴 블랏 실험에서도 확인할 수 있었다. MAP-2와 네스틴은 5-aza 및 TSA 조합 처리군에서 가장 높은 단백질 축적을 나타내는 것으로 확인되었고, 5-aza 단독 처리군에서도 증가되는 것으로 나타났다 (도 3E).
The neural differentiation potential of mesenchymal stem cells by 5-AZA and TSA was examined by treating 5-AZA and TSA alone or in combination with neural induction medium. Immunoblotting and immunoblotting were performed to demonstrate the possibility of neural differentiation of 5-AZA and TSA by mesenchymal stem cells. MAP protein expression, which is a neurogenesis marker, Tuji1, a natural neuron marker NeuN, an astrocyte marker GFAP marker, and an oligodendrocyte marker, was confirmed using immunofluorescence. As a result, a significant increase in the expression of the neural differentiation markers was observed in the 5-AZA single treatment group and the 5-aza and TSA combination treatment groups as compared with the control group. In particular, GFAP and MAP-2 showed significant expression in the 5-aza and TSA combination treatment groups (Fig. 3A-D). Similar results were also confirmed in Western blot experiments. MAP-2 and nestin were found to have the highest protein accumulation in the 5-aza and TSA combination treatment groups, and increased in the 5-aza alone treatment group (Fig. 3E).
4. 5-4. 5- AZAAZA 및 And TSATSA 에 의한 연골 Cartilage by 분화능의Multipotential 증가 increase
연골 분화 유도 배지에 5-AZA 및 TSA를 단독으로 또는 조합하여 처리함으로써, 5-AZA 및 TSA에 의한 중간엽줄기세포의 연골 분화능을 시험하였다. 그 결과, 5-AZA 단독 처리군과, 5-AZA 및 TSA 조합 처리군에서 중간엽줄기세포의 연골세포로의 분화능이 증가하는 것으로 확인되었다 (도 4). 사프라닌-O 염색 결과에서, 5-AZA 단독 처리군과, 5-AZA 및 TSA 조합 처리군의 경우 무처리군에 비하여 높은 분화능을 나타내었다 (도 4A). 또한, 면역조직화학 평가 결과, 5-AZA 단독 처리군과, 5-AZA 및 TSA 조합 처리군에서 Col2A1 합성을 촉진시키는 것으로 나타났다 (도 4B). 또한, Col2A1 단백질 발현의 정량화를 위해 면역블럿팅을 수행한 결과는, 상기 사프라닌-O 염색 결과 및 면역세포화학 염색 결과를 더욱 뒷받침해주었다 (도 4C, D)
The ability of 5-AZA and TSA to differentiate mesenchymal stem cells into cartilage was tested by treating 5-AZA and TSA alone or in combination with cartilage differentiation induction medium. As a result, it was confirmed that the ability of mesenchymal stem cells to differentiate into cartilage cells was increased in 5-AZA alone treatment group and 5-AZA and TSA combination treatment group (FIG. 4). In the results of saffranin-O staining, 5-AZA single treatment group and 5-AZA and TSA combination treatment group showed higher differentiation ability than untreated group (Fig. 4A). In addition, immunohistochemistry showed that the 5-AZA single treatment group and the 5-AZA and TSA combination treatment group promoted the synthesis of Col2A1 (FIG. 4B). Immunoblotting for the quantification of Col2A1 protein expression further supported the results of the saffranin-O staining and immunocytochemical staining (Fig. 4C, D)
5. 5-5. 5- AZAAZA 및 And TSATSA 에 의한 분화 주요 조절자 발현 Expression of Major Adjuvants by Differentiation
중간엽줄기세포 분화의 주요 조절 유전자 발현을 실시간 PCR로 확인하였다. 먼저, 신경세포 생존 마커인 BDNF mRNA 발현의 경우, 대조군과 비교했을 때 5-AZA 단독 처리군에서 3배 증가하였고, 5-AZA 및 TSA 조합 처리군에서 다섯배 정도 증가하였다 (도 5A). 다음으로, 연골 분화 조절 유전자인 SOX-9 발현은, 5-AZA 및 TSA 의 단독 처리군 및 이들의 조합 처리군에서 모두 증가하는 것으로 나타났다. 무처리군과 비교했을 때, 5-AZA 단독 처리군에서 4배, TSA 단독 처리군에서 3.37배, 5-AZA 및 TSA 조합 처리군에서 8.24배 정도 발현이 증가되었다. 다음으로, 골형성을 확인할 수 있는 Osterix와 Runx-2 발현의 경우, 두 유전자 모두 5-AZA 단독 처리군에서 유전자 발현이 증가하는 것으로 나타났는데, 구체적으로는, Osterix 유전자는 4.5배, Runx-2 유전자는 3배 증가하는 것으로 나타났다. 5-AZA 및 TSA 조합 처리군의 경우, Osterix 유전자 발현이 7.8배, Runx-2 유전자 발현이 4.23배 증가하는 것으로 나타났다.
The major regulatory gene expression of mesenchymal stem cell differentiation was confirmed by real time PCR. First, the expression of BDNF mRNA, a neuronal survival marker, was increased three-fold in the 5-AZA single treatment group compared with the control group, and increased five-fold in the 5-AZA and TSA combination treatment group (FIG. 5A). Next, the expression of SOX-9, a regulatory gene for cartilage differentiation, was increased in both the single treatment group of 5-AZA and TSA and the combination treatment group. Compared with the untreated group, expression was increased 4-fold in the 5-AZA-treated group, 3.37-fold in the TSA-treated group, and 8.24-fold in the 5-AZA and TSA-treated group. Next, in the case of Osterix and Runx-2 expression in which bone formation can be confirmed, gene expression was increased in the 5-AZA single treatment group of both genes. Specifically, Osterix gene was 4.5 times and Runx-2 The gene was found to be 3-fold increased. In the 5-AZA and TSA combination treatment groups, osterix gene expression increased 7.8-fold and Runx-2 gene expression increased 4.23-fold.
6. 5-6. 5- AZAAZA 및 And TSATSA 에 의한 On by HDACHDAC 활성의 감소 Reduction in activity
5-AZA 및 TSA 로 처리한 중간엽줄기세포에서 HDAC 활성이 효과적으로 억제되는지를 확인하기 위해, 본 발명자들은 5-AZA 및 TSA 를 처리한 중간엽줄기세포에서 총 HDAC 활성을 확인하였다. 5-AZA 및 TSA 를 단독으로, 또는 조합으로 처리한 모든 실험군에서 대조군과 비교하여 감소된 수준의 HDAC 활성을 나타내는 것으로 확인하였다. 이러한 경향은 TSA 단독 처리 군에서 현저하게 나타났다 (도 6A). 이러한 결과는 5-AZA 및 TSA 가 중간엽줄기세포에서 HDAC 활성을 효과적으로 억제한다는 것을 나타낸다.In order to confirm that HDAC activity is effectively inhibited in 5-AZA and TSA-treated mesenchymal stem cells, the present inventors confirmed the total HDAC activity in 5-AZA and TSA-treated mesenchymal stem cells. 5-AZA and TSA, alone or in combination, showed reduced levels of HDAC activity compared to the control group. This tendency was remarkable in the TSA alone treatment group (Fig. 6A). These results indicate that 5-AZA and TSA effectively inhibit HDAC activity in mesenchymal stem cells.
Claims (7)
중간엽줄기세포로부터 연골세포로의 분화 유도용 조성물.
(5-Azacitidine) and 100-300 nM of Trichostatin A (500 [mu] M to 10 [mu] M)
A composition for inducing differentiation from mesenchymal stem cells into chondrocytes.
The composition of claim 1, wherein said mesenchymal stem cells are derived from bone marrow.
The composition according to claim 1, further comprising at least one member selected from the group consisting of insulin, transferrin, selenium, dexamethasone, L-ascorbate-2-phosphate, L-proline and sodium pyruvate.
The method of claim 1, wherein, 0.5 ~ 3% (v / v) insulin-transferrin-selenium, 10 -6 ~ 10 -8 M dexamethasone, 10 ~ 100μM L- ascorbate-2-phosphate, 10 ~ 100 μM L- Proline and 0.5 to 3 mM sodium pyruvate.
중간엽줄기세포를 연골세포로 분화 유도하는 방법.Culturing the mesenchymal stem cells in vitro in the presence of 500 nM to 10 μM of 5-Azacitidine and 100 to 300 nM of Trichostatin A,
A method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into cartilage cells.
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Cytotechnology. 2009. Vol.60, pp.11-22. |
Differentiation. 2011. Vol.81, pp.35-41.* |
Stem Cells and Development. 2011. Vol.20, No.7, pp.1213-1221.* |
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