KR102183104B1 - A Method for Purifying Plant-Derived Extracellular Vesicles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생물학적 시료, 특히 식물 조직으로부터 세포밖 소포체를 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 세포밖 소포체의 고유의 치료적 활성 및 약물전달 활성을 그대로 유지하면서 고순도, 고품질로 이를 수득할 수 있는 효율적인 분리, 정제 공정에 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a method for isolating extracellular vesicles from biological samples, particularly plant tissues. The present invention can be usefully used in an efficient separation and purification process capable of obtaining high purity and high quality while maintaining the inherent therapeutic activity and drug delivery activity of the extracellular vesicles.

Description

식물 유래 세포밖 소포체의 정제 방법{A Method for Purifying Plant-Derived Extracellular Vesicles}Method for Purifying Plant-Derived Extracellular Vesicles {A Method for Purifying Plant-Derived Extracellular Vesicles}

본 발명은 크기배제 크로마토그래피를 이용한 식물 유래 세포밖 소포체의 정제 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for purifying plant-derived extracellular vesicles using size exclusion chromatography.

세포밖 소포체는 다양한 크기를 가지며, 특히 이중 크기가 가장 작은 엑소좀(exosome)은 50~150 nm의 작은 세포막성 수포이다. 세포밖 소포체는 인간과 동물은 물론, 곤충, 식물, 미생물 세포에서 분비된다. 특히 이들은 세포가 갖고 있는 단백질, 핵산, 지질, 탄수화물 등 특정 분자들을 포함하고 있으며, 지질 이중층으로 둘러싸여 있어 이들 분자들을 안정적으로 보호하면서, 분비 후 다른 세포로 이들을 전달할 수 있는 특징이 있다. 생체 내 혈액, 소변, 침 등과 같은 체액에서 고농도로 발견되는 세포밖 소포체는의 이런 특징으로 인해 새로운 생물학적 소재로서 가능성을 갖고 있다. The extracellular endoplasmic reticulum has various sizes, and in particular, the smallest exosomes are small cell membrane-like blisters of 50-150 nm. Extracellular endoplasmic reticulum is secreted from human and animal as well as insect, plant, and microbial cells. In particular, they contain specific molecules such as proteins, nucleic acids, lipids, and carbohydrates possessed by cells, and are surrounded by a double layer of lipids to reliably protect these molecules and deliver them to other cells after secretion. Extracellular vesicles, found in high concentrations in body fluids such as blood, urine, and saliva in vivo, have potential as new biological materials due to this characteristic of.

인간, 동물, 미생물에 비해 식물유래 세포밖 소포체에 대한 연구는 많이 이뤄지지 않았다. 하지만, 최근 연구에서 포도, 생강 등에 존재하는 세포밖 소포체를 이용한 동물 실험에서 경구 투여된 세포밖 소포체가 쥐의 대장에 있는 세포까지 전달되는 것이 확인되었으며, 특히 이를 이용하여 대장 내 염증성 질환을 치료할 수 있는 결과가 보고되었다. 즉, 식물유래 세포밖 소포체는 식물의 유용 성분을 함유하고 있을 뿐 아니라, 섭식 후 대장에 존재하는 세포까지 이들 분자를 안전하게 전달할 수 있음이 규명된 것이며, 이를 통해 대장 내 대표적 질환인 대장암, 대장염증질환(크론병 등) 등을 치료할 수 있는 가능성이 있다.Compared to humans, animals, and microorganisms, there have been few studies on plant-derived extracellular vesicles. However, in a recent study, in animal experiments using extracellular vesicles present in grapes, ginger, etc., it was confirmed that the orally administered extracellular vesicles are delivered to cells in the large intestine of mice, and in particular, it can be used to treat inflammatory diseases in the colon. There were reported results. In other words, it was found that plant-derived extracellular vesicles not only contain useful components of plants, but also can safely deliver these molecules to cells present in the large intestine after feeding, through which the representative diseases of the large intestine, such as colon cancer and colon There is a possibility that inflammatory diseases (such as Crohn's disease) can be treated.

식용식물 유래 세포밖 소포체는 1) 천연물질로 부작용 이슈가 매우 적으며; 2) 경구투여를 통해 대장 도달이 가능할 뿐 아니라; 3) 음식으로 직접 식용하는 것에 비해 편의성이 높아 유아나 소아 대상으로 적용이 가능하고; 4) 식물로부터 대량 생산이 가능하여 건강기능식품의 새로운 패러다임 선도할 수 있으며; 5) 약리성분을 탑재하여 대장까지 전달할 수 있는 효율적인 약물 전달체로 적용이 가능하다는 장점이 있다.Edible plant-derived extracellular endoplasmic reticulum 1) is a natural substance and has very few side effects; 2) Not only can it reach the large intestine through oral administration; 3) It can be applied to infants and children because it is more convenient than edible directly as food; 4) Mass production from plants is possible, leading a new paradigm of health functional food; 5) It has the advantage that it can be applied as an efficient drug delivery system that can be delivered to the large intestine by loading pharmacological ingredients.

하지만, 이런 이점에도 불구하고, 아직 식품으로 사용되는 식물유래 세포밖 소포체의 생물학적 기능 및 응용은 물론, 이들의 추출 및 정제 방법에 대한 연구 역시 체계적으로 이뤄지지 않았다. 식물유래 세포밖 소포체는 일반적으로 세포밖 소포체 분리에 사용되는 초고속원심분리법의 경우, 식물유래 불순물 농도가 상대적으로 높고, 강한 원심력에 의해 세포밖 소포체의 물리적 파쇄가 유발될 수 있다. 상용화되어 판매되는 ExoQuick(SBI사) 등의 폴리머 침강법 역시 불순물의 농도가 매우 높으며, PEG(polyethylene glycol)을 사용하기 때문에 이로 인한 오염 문제를 갖고 있다. 따라서, 식용식물 유래 세포밖 소포체의 산업적 활용을 위해서는 이들을 효율적으로 대량 분리할 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구된다.However, despite these advantages, the biological functions and applications of plant-derived extracellular vesicles used as food, as well as their extraction and purification methods, have not been systematically studied. Plant-derived extracellular vesicles generally have a relatively high concentration of plant-derived impurities in the ultra-high-speed centrifugation method used to separate extracellular vesicles, and physical disruption of the extracellular vesicles may be caused by strong centrifugal force. Polymer sedimentation methods such as ExoQuick (SBI), which are commercially available and sold, have a very high concentration of impurities and have a contamination problem due to the use of PEG (polyethylene glycol). Therefore, for the industrial use of edible plant-derived extracellular vesicles, the development of a new technology capable of efficiently separating them in large quantities is required.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Throughout this specification, a number of papers and patent documents are referenced and citations are indicated. The disclosure contents of the cited papers and patent documents are incorporated by reference in this specification as a whole, and the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly described.

특허문헌 1. 미국 공개특허공보 제2010-0184046호Patent Document 1. US Patent Publication No. 2010-0184046 특허문헌 2. 미국 공개특허공보 제2018-0369351호Patent Document 2. US Patent Publication No. 2018-0369351

본 발명자들은 생물학적 시료로부터 유래한 세포밖 소포체, 구체적으로는 식물 유래 세포밖 소포체의 효율적인 수득 방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 종래에 통상적으로 이용되는 폴리머 침강법 또는 초고속원심분리법에서 벗어나 크기배제 크로마토그래피를 이용하여 분리, 정제를 수행할 경우 불순물 함량을 크게 낮추면서도 소포체에 가해지는 물리적 파쇄도 없으면서 고유의 약리학적 및 약물전달적 활성을 그대로 유지하는 고순도, 고품질의 세포밖 소포체를 수득할 수 있음을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made intensive research efforts to develop an efficient method for obtaining extracellular vesicles derived from biological samples, specifically plant-derived extracellular vesicles. As a result, when separating and purifying using size exclusion chromatography, deviating from the conventionally used polymer sedimentation method or ultra-high-speed centrifugation method, the impurity content is greatly reduced, while there is no physical crushing applied to the endoplasmic reticulum. And by finding that it is possible to obtain a high-purity, high-quality extracellular endoplasmic reticulum that maintains the drug delivery activity as it is, thereby completing the present invention.

따라서 본 발명의 목적은 세포밖 소포체를 포함하는 생물학적 시료에서 세포밖 소포체를 분리하는 방법를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for separating extracellular vesicles from a biological sample containing extracellular vesicles.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent by the following detailed description, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 세포밖 소포체를 포함하는 생물학적 시료에 대해 크기배제 크로마토그래피를 수행하는 단계를 포함하는 세포밖 소포체의 분리 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, the present invention provides a method for separating extracellular vesicles comprising the step of performing size exclusion chromatography on a biological sample including the extracellular vesicles.

본 발명자들은 생물학적 시료로부터 유래한 세포밖 소포체, 구체적으로는 식물 유래 세포밖 소포체의 효율적인 수득 방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 종래에 통상적으로 이용되는 폴리머 침강법 또는 초고속원심분리법에서 벗어나 크기배제 크로마토그래피를 이용하여 분리, 정제를 수행할 경우 불순물 함량을 크게 낮추면서도 소포체에 가해지는 물리적 파쇄도 없으면서 고유의 약리학적 및 약물전달적 활성을 그대로 유지하는 고순도, 고품질의 세포밖 소포체를 수득할 수 있음을 발견하였다. The present inventors have made intensive research efforts to develop an efficient method for obtaining extracellular vesicles derived from biological samples, specifically plant-derived extracellular vesicles. As a result, when separating and purifying using size exclusion chromatography, deviating from the conventionally used polymer sedimentation method or ultra-high-speed centrifugation method, the impurity content is greatly reduced, while there is no physical crushing applied to the endoplasmic reticulum. And it was found that it is possible to obtain high purity, high quality extracellular vesicles maintaining the drug delivery activity as it is.

본 명세서에서 용어 "세포밖 소포체(extracellular vesicle)"는 다양한 세포들로부터 분비되는 막 구조의 작은 소낭을 의미하며, 대략 30-1,000 nm 범위의 직경을 가지고, 다낭체와 원형질막의 융합을 통해 세포 밖 환경으로 방출된다.In the present specification, the term "extracellular vesicle" refers to a small vesicle of a membrane structure secreted from various cells, has a diameter in the range of approximately 30-1,000 nm, and the outer cell through the fusion of the polycyst and the plasma membrane. Released into the environment.

본 명세서에서 용어 “생물학적 시료(biological sample)”는 살아있는 생명체로부터 채취, 분리하거나, 또는 이로부터 유래한 관심 성분의 유효량을 함유하고 있는 가공되지 않거나 또는 전처리된 시료를 의미한다. 생물학적 시료는 동물, 식물의 조직 절편(section) 및 약리학적, 진단학적 또는 식품학적 목적을 위해 동물, 식물로부터 채취한 동결 또는 파라핀 포매 절편, 세포, 세포 배양액, 초대배양물(primary culture), 절편체(explant)를 포함할 수 있으나, 그에 한정되는 것은 아니다. 또한, "생물학적 시료"는 특정 생명체가 존재하는 것으로 의심되는 환경(예를 들어, 물, 대기, 토양 등)으로부터 채취한 물질일 수 있다. As used herein, the term “biological sample” refers to a sample that has been collected, isolated from, or derived from living organisms, and which has been processed or pretreated containing an effective amount of the component of interest. Biological samples include tissue sections from animals and plants, frozen or paraffin-embedded sections from animals and plants for pharmacological, diagnostic or food purposes, cells, cell cultures, primary cultures, and sections. It may include an explant, but is not limited thereto. In addition, the "biological sample" may be a material collected from an environment (eg, water, air, soil, etc.) suspected of the presence of a specific living organism.

구체적으로는, 본 발명의 생물학적 시료는 동물 세포 배양액, 동물 조직, 식물세포 배양액, 식물 조직, 박테리아 배양액, 효모 배양액으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. 보다 구체적으로는 상기 생물학적 시료는 식물세포 배양액 또는 식물 조직이고, 가장 구체적으로는 식물 조직이다.Specifically, the biological sample of the present invention is at least one selected from the group consisting of an animal cell culture solution, an animal tissue, a plant cell culture solution, a plant tissue, a bacteria culture solution, and a yeast culture solution. More specifically, the biological sample is a plant cell culture medium or plant tissue, and most specifically, a plant tissue.

본 명세서에서 용어 “크기배제 크로마토그래피(Size Exclusion Chromatography, SEC)”는 비균질 혼합물을 구성하는 각각의 물질 중 정지상의 비드 포어(bead pore) 직경보다 크기가 작은 물질은 포어에 진입하여 상대적으로 느리게 용출되고, 크기가 큰 물질은 포어에 진입하지 않고 이동상을 따라 빠르게 용출됨으로써, 이로부터 유발되는 각 물질의 크기에 따른 이동속도 차이에 기반하여 물질을 분리하는 크로마토그래피를 의미한다. In the present specification, the term “size exclusion chromatography (SEC)” refers to a material with a size smaller than the diameter of the bead pores of the stationary phase among the materials constituting the heterogeneous mixture enters the pore and elutes relatively slowly. The large-sized material is rapidly eluted along the mobile phase without entering the pore, thereby separating the material based on the difference in moving speed according to the size of each material.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용하는 크기배제 크로마토그래피는 정지상(stationary phase)의 포어(pore) 평균 직경은 30-75 nm이다.According to a specific embodiment of the present invention, in the size exclusion chromatography used in the present invention, the average pore diameter of the stationary phase is 30-75 nm.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명의 방법은 세포밖 소포체를 포함하는 생물학적 시료에 대해 한외여과를 수행하는 단계를 임의의 순서로 추가적으로 포함한다. According to a specific embodiment of the present invention, the method of the present invention further comprises the step of performing ultrafiltration on the biological sample including the extracellular vesicles in any order.

본 명세서에서 용어“한외여과”는 비균질 혼합용액을 구성하는 각각의 물질을 압력 또는 농도구배에 의해 반투과성 막을 따라 분리시키는 막-기반 분리공정을 의미한다. 한외여과 막은 일정한 컷오프 값을 갖는 기공 크기를 갖는다. 본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용하는 한외여과는 3 내지 100 kDa의 컷오프(cut-off) 값을 가지며, 보다 구체적으로는 5 내지 50 kDa의 컷오프(cut-off) 값을 가지며, 가장 바람직하게는 5 내지 15 kDa의 컷오프(cut-off) 값을 가진다.In the present specification, the term “ultrafiltration” refers to a membrane-based separation process in which each material constituting a heterogeneous mixed solution is separated along a semipermeable membrane by pressure or concentration gradient. The ultrafiltration membrane has a pore size with a constant cutoff value. According to a specific embodiment of the present invention, the ultrafiltration used in the present invention has a cut-off value of 3 to 100 kDa, more specifically, a cut-off value of 5 to 50 kDa, Most preferably, it has a cut-off value of 5 to 15 kDa.

본 발명의 방법에 한외여과를 수행하는 단계가 추가적으로 포함될 경우, 이는 크기배제 크로마토그래피 전에 수행될 수도 있으며, 크로마토그래피 완료 후에 수행될 수도 있다.When the step of performing ultrafiltration is additionally included in the method of the present invention, this may be performed before size exclusion chromatography or after completion of chromatography.

보다 구체적으로는, 본 발명의 방법은 상기 한외여과를 수행하는 단계와 상기 크기배제 크로마토그래피를 수행하는 단계를 순차적으로 포함한다. 이와 같이 한외여과 후 크기배제 크로마토그래피를 수행할 경우 한외여과를 통한 농축으로 시료의 부피가 감소한 뒤 크기배제 크로마토그래피가 적용되어 보다 효율적인 분리공정이 이루어질 수 있다. More specifically, the method of the present invention includes sequentially performing the ultrafiltration and the size exclusion chromatography. In the case of performing size-exclusion chromatography after ultrafiltration, the volume of the sample is reduced by concentration through ultrafiltration, and then size-exclusion chromatography is applied so that a more efficient separation process can be achieved.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명의 생물학적 시료가 실물 조직일 경우, 상기 식물 조직은 다음의 단계를 포함하는 방법으로 수득된다.According to a specific embodiment of the present invention, when the biological sample of the present invention is a real tissue, the plant tissue is obtained by a method comprising the following steps.

(a) 식물체를 분쇄 후 착즙하여 추출물을 수득하는 단계;(a) crushing the plant and then extracting it to obtain an extract;

(b) 상기 추출물을 여과하여 고형물을 제거하는 단계; 및 (b) filtering the extract to remove solids; And

(c) 상기 단계 (b)의 여과물을 원심분리하는 단계. (c) centrifuging the filtrate of step (b).

본 명세서에서 용어 "착즙"은 열이나 효소를 가하지 않고 기계적, 물리적인 힘을 가하여 식물 조직의 내부에 포함된 수분 등을 외부로 유출시켜 얻어진 액상의 유체를 의미하는 것으로, 예를 들어, 과즙, 야채즙, 뿌리즙을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present specification, the term "juice" refers to a liquid fluid obtained by exhaling moisture contained in a plant tissue to the outside by applying a mechanical or physical force without applying heat or enzymes, for example, fruit juice, Vegetable juice and root juice are included, but are not limited thereto.

보다 구체적으로는, 상기 단계 (b)는 직경 1mm 이상의 고형물이 제거되도록 여과한다. More specifically, the step (b) is filtered so that solids having a diameter of 1 mm or more are removed.

보다 구체적으로는, 상기 단계 (c)는 7,000-9,000 x g로 1차 원심분리 후 이의 상층액을 19,000-21,000 x g로 2차 원심분리 함으로써 수행된다. 보다 구체적으로는, 상기 단계 (c)는 7,500-8,500 x g로 1차 원심분리 후 이의 상층액을 19,500-20,500 x g로 2차 원심분리 함으로써 수행된다.More specifically, the step (c) is carried out by performing the first centrifugation at 7,000-9,000 x g and second centrifugation of the supernatant at 19,000-21,000 x g. More specifically, the step (c) is performed by first centrifugation at 7,500-8,500 x g, and then second centrifugation of the supernatant at 19,500-20,500 x g.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 생물학적 시료, 특히 식물 조직으로부터 세포밖 소포체를 분리하는 방법을 제공한다.(a) The present invention provides a method for separating extracellular vesicles from biological samples, particularly plant tissues.

(b) 본 발명은 세포밖 소포체의 고유의 치료적 활성 및 약물전달 활성을 그대로 유지하면서 고순도, 고품질로 이를 수득할 수 있는 효율적인 분리, 정제 공정에 유용하게 이용될 수 있다.(b) The present invention can be usefully used in an efficient separation and purification process capable of obtaining it with high purity and high quality while maintaining the inherent therapeutic activity and drug delivery activity of the extracellular vesicles.

도 1은 식물유래 세포밖 소포체를 분리하기 위하여 무게 측정, 세척, 착즙, 거름망 여과를 진행하는 과정을 보여주는 그림이다.
도 2는 식물유래 세포밖 소포체를 제외한 불순물이 포함된 착즙액을 농축 및 정제한 시료의 모습을 보여주는 그림이다.
도 3은 크기배제 크로마토그래피를 통해 식물유래 착즙액이 분리된 세포밖 소포체와 불순물 단백질을 보여주는 그림이다.
도 4는 각각 양배추(도 4a), 붉은 양배추(도 4b) 및 토마토(도 4c) 유래 세포밖 소포체들의 분리 및 정제도를 보여주는 그림이다.
도 5는 각 분획에서 크기배제 크로마토그래피를 통해 정제한 양배추 유래 세포밖 소포체의 크기 분포도를 보여주는 그림이다.
도 6은 각각 PEG를 이용한 폴리머 침강법, 초고속원심분리법 및 크기배제크로마토그래피를 이용하여 분리한 양배추 유래 세포밖 소포체를 보여주는 그림이다.
도 7은 각각 PEG를 이용한 폴리머 침강법, 초고속원심분리법 및 크기배제크로마토그래피를 이용하여 분리한 양배추 세포밖 소포체의 크기 분포도를 보여주는 그림이다.
도 8은 각각 PEG를 이용한 폴리머 침강법, 초고속원심분리법 및 크기배제크로마토그래피를 이용하여 분리한 양배추 세포밖 소포체의 수율 및 순도를 보여주는 그림이다.
도 9는 양배추(도 9a) 및 토마토(도 9b) 각각의 경우 본 기술을 이용한 식용식물 질량 및 가격 대비 세포밖 소포체 수율을 보여주는 그림이다.
1 is a diagram showing a process of measuring weight, washing, juice, and filtering a strainer in order to separate plant-derived extracellular vesicles.
2 is a diagram showing a sample obtained by concentrating and purifying a juice containing impurities excluding plant-derived extracellular vesicles.
3 is a diagram showing the extracellular vesicles and impurity proteins from which the plant-derived juice was separated through size exclusion chromatography.
4 is a diagram showing the separation and purification of extracellular vesicles derived from cabbage (FIG. 4a ), red cabbage (FIG. 4b) and tomato (FIG. 4c ), respectively.
5 is a diagram showing the size distribution of cabbage-derived extracellular vesicles purified through size exclusion chromatography in each fraction.
6 is a diagram showing cabbage-derived extracellular vesicles separated by polymer sedimentation using PEG, ultrafast centrifugation, and size exclusion chromatography, respectively.
FIG. 7 is a diagram showing the size distribution of cabbage extracellular vesicles separated by polymer sedimentation using PEG, ultrafast centrifugation, and size exclusion chromatography, respectively.
FIG. 8 is a diagram showing the yield and purity of cabbage extracellular vesicles isolated by polymer sedimentation using PEG, ultrafast centrifugation, and size exclusion chromatography, respectively.
9 is a diagram showing the yield of extracellular vesicles versus the mass and price of edible plants using the present technology in the case of cabbage (FIG. 9a) and tomato (FIG. 9b ), respectively.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for describing the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예Example

식물 유래 세포밖 소포체 분리를 위한 착즙Juice for isolation of plant-derived extracellular vesicles

1) 일반적으로 섭취하는 식물인 적배추, 양배추, 토마토, 오이, 귤 등으로부터 세포밖 소포체를 분리하기 위하여 무게를 측정한 후 흐르는 수돗물로 1차적으로 식물의 농약을 제거하였다. 다음으로 흐르는 초순수 증류수를 이용하여 수돗물과 농약을 2차적으로 제거하였다. 이후 과도를 이용하여 가로 40 mm, 세로 30 mm 이하로 토막을 낸 후 착즙기를 이용하여 즙을 낸 다음 즙 내에서 큰 물질을 제거하기 위하여 면 주머니 가로 1 mm, 세로 1 mm 이하의 덩어리만을 여과하였다. 최종적으로 면 주머니로 걸러진 용액에서 단백질 및 세포벽을 제거하기 위해 8,000 x g로 1시간 동안, 4℃에서 원심분리를 진행 후 상층액만을 다시 20,000 x g에서 1시간 동안 4℃에서 다시 원심분리하였다. 이러한 과정으로 수득한 상층액은 추후 실험을 진행하기 전까지 -80℃에서 보관하였다(도 1).1) After measuring the weight to separate the extracellular vesicles from commonly consumed plants such as red cabbage, cabbage, tomatoes, cucumbers, and oranges, the pesticides of the plants were first removed with running tap water. Next, tap water and pesticides were secondarily removed using flowing ultrapure distilled water. After that, cut into pieces of less than 40 mm in width and 30 mm in length using a pan, and then extract the juice using a juicer, and then only lumps of 1 mm width and 1 mm length or less of the cotton bag were filtered to remove large substances from the juice. . Finally, centrifugation was performed at 8,000 x g for 1 hour and at 4°C to remove the protein and cell wall from the solution filtered with a cotton bag, and then only the supernatant was centrifuged again at 20,000 x g for 1 hour at 4°C. The supernatant obtained through this process was stored at -80°C until further experiments were conducted (FIG. 1).

식물 유래 세포밖 소포체 분리 및 정제 방법Plant-derived extracellular vesicle isolation and purification method

1) 고순도의 식물 유래 세포밖 소포체를 얻기 위해서는 식물에 포함된 단백질을 포함한 불순물들을 제거해야 한다. 착즙물을 원심분리한 후에도 상층액에는 세포밖 소포체 이외의 단백질 불순물들이 다수 포함되고 있는데, 초고속원심분리 방법과 폴리머를 기반으로 한 침강방법으로는 이들 불순물 단백질들을 제거하는 데 한계가 있다. 따라서 이러한 세포밖 소포체 이외의 물질을 제거한 후 순도를 높이기 위하여 세포밖 소포체 분리 및 정제 방법을 크기배제 크로마토그래피 방법을 이용하였으며, 효율적 분리 및 정제를 위해 한외여과(ultrafiltration)를 동반하여 분리 효율 및 순도를 높이고자 하였다.1) In order to obtain high purity plant-derived extracellular vesicles, impurities including proteins contained in plants must be removed. Even after centrifugation of the juice, a large number of protein impurities other than extracellular vesicles are contained in the supernatant, and there is a limitation in removing these impurity proteins by ultra-high-speed centrifugation method and polymer-based sedimentation method. Therefore, in order to increase the purity after removing these substances other than the extracellular vesicles, the size exclusion chromatography method was used for the separation and purification of extracellular vesicles, and for efficient separation and purification, the separation efficiency and purity were accompanied by ultrafiltration. Tried to increase

2) Amicon Ultra®-15 10kDa Centrifugal filter (Merck Millipore, Cat. No: UFC901024)에 착즙 용액 13 mL를 넣어주고 5,000 x g로 3시간 동안 4℃에서 원심분리를 진행한 후 얻어진 상층액 0.5 mL를 200nm 시린지 필터에 가하여 Eppendorf 튜브 1.5 mL (SPL, Cat. No: 50015)에 옮겼다(도 2).2) Add 13 mL of the juice solution to the Amicon Ultra®-15 10kDa Centrifugal filter (Merck Millipore, Cat. No: UFC901024), centrifuge at 5,000 xg for 3 hours at 4°C, and add 0.5 mL of the resulting supernatant to 200 nm. It was added to a syringe filter and transferred to 1.5 mL of an Eppendorf tube (SPL, Cat. No: 50015) (Fig. 2).

3) 실험 클램프 스탠드에 qEVoriginal/70 nm(Izon science, Cat.No: SP1)을 클램프에 고정한 후 qEVoriginal 컬럼에 있던 PBS 용액을 제거한 후 1X PBS (pH7.4) 용액으로 중력으로 10 mL 평형을 진행하였다. 다음으로 이전 단계에서 여과된 착즙 용액 0.5 mL를 qEVoriginal 컬럼에 주입하고 용액이 모두 크기배제 크로마토그래피 비드로 넘어가게 되면 PBS 용액을 넣어주었다. 이때 크기배제 크로마토그래피가 받는 중력의 힘을 일정하게 유지하기 위하여 PBS가 2 mL이 넘지 않도록 계속하여 주입하였다. 내려오는 용액을 하나의 Eppendorf 튜브 1.5 mL에 0.5 mL씩 담아 결과적으로 총 33개의 튜브를 얻었다(도 3).3) After fixing qEVoriginal/70 nm (Izon science, Cat.No: SP1) on the experimental clamp stand, removing the PBS solution from the qEVoriginal column, and performing 10 mL equilibration by gravity with 1X PBS (pH7.4) solution. I did. Next, 0.5 mL of the juice solution filtered in the previous step was injected into the qEVoriginal column, and when all the solutions were transferred to the size exclusion chromatography beads, the PBS solution was added. At this time, PBS was continuously injected so as not to exceed 2 mL in order to keep the force of gravity subjected to the size exclusion chromatography constant. The resulting solution was added 0.5 mL each to 1.5 mL of one Eppendorf tube, resulting in a total of 33 tubes (FIG. 3).

식물유래 세포밖 소포체 크기 분포도 및 농도와 순도Plant-derived extracellular endoplasmic reticulum size distribution, concentration and purity

1) 식물유래 세포밖 소포체의 농도와 순도를 결정하기 위하여 나노입자추적분석(Nanoparticle tracking analyzer, NTA)과 단백질을 정량화하는 BCA 어세이를 이용하였다. 우선 분리한 세포밖 소포체의 튜브를 각각 PBS로 1:100로 희석시킨 후 NTA를 이용하여 세포밖 소포체의 농도와 크기 분포도를 측정하였다. 다음으로 크기배제 크로마토그래피를 거친 용액의 단백질 농도를 확인하기 위하여 BCA 어세이를 통해 각 분획의 단백질 농도를 정량화하였다. 단백질의 농도희석을 두 가지로 측정하게 되며 처음으로 희석없이 해당 용액을 바로 찍는 과정과 PBS로 1:10으로 희석한 샘플을 측정하여 BSA 표준곡선 내에 들어오는 단백질의 농도를 확인하였다(도 4 및 도 5).1) To determine the concentration and purity of plant-derived extracellular vesicles, a nanoparticle tracking analyzer (NTA) and a BCA assay to quantify proteins were used. First, the tubes of the isolated extracellular vesicles were each diluted 1:100 with PBS, and then the concentration and size distribution of the extracellular vesicles were measured using NTA. Next, the protein concentration of each fraction was quantified through BCA assay in order to confirm the protein concentration of the solution subjected to size exclusion chromatography. The concentration dilution of the protein was measured in two ways. For the first time, the process of directly taking the solution without dilution and the sample diluted 1:10 with PBS were measured to confirm the concentration of the protein entering the BSA standard curve (Fig. 4 and Fig. 5).

식물유래 세포밖 소포체의 분리 및 정제 방법에 따른 수율 및 순도의 비교Comparison of yield and purity according to the method of isolation and purification of plant-derived extracellular vesicles

1) 세포밖 소포체 분리는 현재 주로 초고속원심분리법과 폴리머 침강법에 의해 이루어지고 있다. 하지만 초고속원심분리법의 경우 강한 원심력이 작용하여 물리적인 힘에 세포밖 소포체의 파쇄가 발생할 수 있으며 폴리머 침강법의 경우 세포밖 소포체 이외의 불순물을 다량으로 포함하기 때문에 순도 면에서 바람직하지 않다.1) Separation of extracellular vesicles is currently mainly carried out by ultra-high speed centrifugation and polymer sedimentation. However, in the case of the ultra-high-speed centrifugation method, a strong centrifugal force acts and crushing of the extracellular vesicles may occur due to a physical force, and the polymer sedimentation method is not preferable in terms of purity because it contains a large amount of impurities other than the extracellular vesicles.

2) 크기배제 크로마토그래피, 초고속원심분리법, 폴리머 침강법은 모두 동일한 양의 양배추 착즙액 13 mL을 이용하여 식물유래 세포밖 소포체를 나노입자 추적 분석장치를 이용하여 크기 분포도를 수득하고, BCA 어세이를 통해 단백질 농도를 측정함으로써 수율, 농도 및 순도를 단백질 1 mg 당 세포밖 소포체의 양으로 계산하여 비교를 진행하였다. 폴리머 침강법과 초고속원심분리법의 경우 다양한 크기의 피크들이 관찰됨에 반하여 크기배제크로마토그래피에 의해 분리된 세포밖 소포체는 균일한 피크를 보였다(도 7). 수율에서는 모든 방법이 통계적으로 유의성 없이 유사한 수준의 수율을 보였으나(도 8a), 순도의 경우 크기배제크로마토그래피를 이용하여 분리한 경우가 다른 방법에 비해 월등히 높았다(도 8b).2) Size exclusion chromatography, ultra-high-speed centrifugation, and polymer sedimentation were all using the same amount of 13 mL of cabbage juice to obtain a size distribution of plant-derived extracellular vesicles using a nanoparticle tracking analyzer, and BCA assay. By measuring the protein concentration, the yield, concentration, and purity were calculated as the amount of extracellular vesicles per 1 mg of protein, and compared. In the case of the polymer sedimentation method and the ultrafast centrifugation method, peaks of various sizes were observed, whereas the extracellular vesicles separated by size exclusion chromatography showed uniform peaks (FIG. 7). In the yield, all methods showed a similar level of yield without statistical significance (Fig. 8a), but in the case of purity, the case of separation using size exclusion chromatography was significantly higher than that of other methods (Fig. 8b).

식물 무게 별 세포밖 소포체수율Extracellular endoplasmic reticulum yield by plant weight

1) 사용된 식물유래 착즙액의 총 부피를 크기 배제 크로마토그래피에 사용된 13 mL의 비율을 측정한 후 착즙에 사용된 식물의 전체 무게를 곱하여 식물유래 세포밖 소포체 분리에 사용된 무게를 확인한 뒤 1 g당 얻어진 식물유래 세포밖 소포체를 측정하였다. 다음으로 얻어진 농도 별 무게에서 사용된 가격을 구하기 위하여1 g당 식물의 가격을 확인하여 환산하였다. 사용된 식물의 가격은 전년 평균 가격으로 계산하였다(출처:농업관측본부, https://aglook.krei.re.kr/)(도 9).1) After measuring the ratio of 13 mL used for size exclusion chromatography to the total volume of the plant-derived juice used, multiplying the total weight of the plant used for the juice to determine the weight used for the separation of plant-derived extracellular vesicles. The plant-derived extracellular vesicles obtained per 1 g were measured. Next, the price of the plant per 1 g was checked and converted to obtain the price used from the obtained weight by concentration. The price of the plants used was calculated as the average price of the previous year (source: Agricultural Observation Headquarters, https://aglook.krei.re.kr/) (Fig. 9).

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it is obvious that these specific techniques are only preferred embodiments and are not intended to limit the scope of the present invention to those of ordinary skill in the art. Therefore, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (11)

세포밖 소포체를 포함하는 식물세포 배양액 또는 식물 조직에 대해 5 내지 15 kDa의 컷오프(cut-off) 값으로 한외여과를 수행하는 단계; 및
상기 한외 여과의 결과물에 대해 정지상(stationary phase)의 포어(pore) 평균 직경이 30-75 nm인 크기배제 크로마토그래피를 수행하는 단계를 포함하는 세포밖 소포체의 분리 방법.
Performing ultrafiltration with a cut-off value of 5 to 15 kDa on the plant cell culture medium or plant tissue containing the extracellular vesicles; And
A method for separating extracellular vesicles comprising the step of performing size-exclusion chromatography having an average pore diameter of 30-75 nm of the stationary phase on the result of the ultrafiltration.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 식물 조직은 다음의 단계를 포함하는 방법으로 수득하는 것을 특징으로 하는 방법:
(a) 식물체를 분쇄 후 착즙하여 추출물을 수득하는 단계;
(b) 상기 추출물을 여과하여 고형물을 제거하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)의 여과물을 원심분리하는 단계.
The method of claim 1, wherein the plant tissue is obtained by a method comprising the following steps:
(a) crushing the plant and then extracting it to obtain an extract;
(b) filtering the extract to remove solids; And
(c) centrifuging the filtrate of step (b).
제 9 항에 있어서, 상기 단계 (b)는 직경 1mm 이상의 고형물이 제거되도록 여과하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 9, wherein the step (b) is characterized in that filtering to remove solids having a diameter of 1 mm or more.
제 9 항에 있어서, 상기 단계 (c)는 7,000-9,000g로 1차 원심분리 후 이의 상층액을 19,000-21,000g로 2차 원심분리 함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 9, wherein the step (c) is carried out by performing the first centrifugation at 7,000-9,000 g and second centrifugation of the supernatant at 19,000-21,000 g.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102527607B1 (en) * 2022-06-30 2023-05-03 (주)모아캠 Plant Derived Extracellular Vesicles, Composition Comprising Thereof, and Method of Producing Thereof

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102265811B1 (en) 2021-04-09 2021-06-16 주식회사 에이바이오머티리얼즈 Method for isolation and purification of Centella asiatica exosome and cosmetic composition containing the same
WO2022234922A1 (en) * 2021-05-03 2022-11-10 인천대학교 산학협력단 Composition for preventing, alleviating, or treating cancer, comprising perilla-leaf-derived nanovesicle as active ingredient
KR102583734B1 (en) * 2021-05-07 2023-09-26 인천대학교 산학협력단 Composition for preventing, improving or treating degenerative brain diseases, myocardial ischemia or reperfusion injury comprising carrot-derived nanovesicle as an active ingredient
KR102329247B1 (en) 2021-07-02 2021-11-22 주식회사 에이바이오머티리얼즈 Method for isolation and purification of Portulaca oleracea exosome and cosmetic composition containing the same
KR102348510B1 (en) 2021-08-27 2022-01-07 주식회사 에이바이오머티리얼즈 Cosmetic composition containing Iris root exosome
KR102646353B1 (en) * 2022-12-26 2024-03-11 (주) 옵트바이오 Flavonoid containing plant extract-derived extracellular vesicles and use thereof for improving skin conditions

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010184046A (en) 2009-02-12 2010-08-26 Fujifilm Corp Endoscope, endoscope driving method, and endoscope system
US9427450B2 (en) 2012-01-31 2016-08-30 Xon Cells, Inc. Therapeutic immune modulation by stem cell secreted exosomes
KR102418785B1 (en) * 2015-09-25 2022-07-08 (주)프로스테믹스 Composition for improving skin and preventing hair-loss comprising extracellular vesicles from vegetable extraction

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102527607B1 (en) * 2022-06-30 2023-05-03 (주)모아캠 Plant Derived Extracellular Vesicles, Composition Comprising Thereof, and Method of Producing Thereof

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