KR102184341B1 - Composition for inducing dedifferentiation for induced pluripotent stem cells - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역분화 만능 유도세포 유도용 조성물, 상기 조성물로 생성된 역분화 만능 유도세포를 포함하는 세포치료제, 상기 역분화 만능 유도세포의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 역분화 만능 유도세포 유도용 조성물은 단일 가닥의 불안정한 mRNA를 세포 내로 효과적으로 도입할 수 있으며, 도입된 mRNA 는 일정 시간 후 자연적으로 세포에서 분해되어 숙주 세포의 DNA에 통합(integration) 되는 것을 피할 수 있어 안정적으로 역분화 만능 유도세포를 생성한다. 또한, 정상뿐 만 아니라 환자로부터 분리된 세포 또한 효과적을 역분화 만능 유도세포로 생성할 수 있는 효과가 있어, 관련 산업에 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a composition for inducing dedifferentiated pluripotent induced cells, a cell therapy agent comprising dedifferentiated pluripotent induced cells produced by the composition, and a method of producing the dedifferentiated pluripotent induced cells. The composition for inducing dedifferentiated pluripotent induced cells of the present invention can effectively introduce a single strand of unstable mRNA into a cell, and the introduced mRNA is naturally degraded in the cell after a certain period of time and is integrated into the DNA of the host cell. It can be avoided and stably generates dedifferentiated pluripotent induced cells. In addition, cells isolated from patients as well as normal have the effect of generating effective dedifferentiation pluripotent induced cells, and thus can be usefully used in related industries.

Description

역분화 만능 유도세포 유도용 조성물{Composition for inducing dedifferentiation for induced pluripotent stem cells}Composition for inducing dedifferentiation for induced pluripotent stem cells}

본 발명은 역분화 만능 유도세포 유도용 조성물, 상기 조성물로 생성된 역분화 만능 유도세포를 포함하는 세포치료제, 상기 역분화 만능 유도세포의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a composition for inducing dedifferentiated pluripotent induced cells, a cell therapy agent comprising dedifferentiated pluripotent induced cells produced by the composition, and a method of producing the dedifferentiated pluripotent induced cells.

역분화 만능 유도세포 기술은 현재 다양한 난치병 치료를 위한 재생 의학의 유망한 기술로 간주되고 있다. 역분화 만능 유도세포는 배아 줄기세포를 이용에 의한 많은 윤리적문제와 치료제로 사용 시의 여러 문제들을 해결 할 수 있다. 이러한 장점으로 인해 역분화 만능 유도세포는 다양한 줄기세포 치료법을 환자에게 적용할 수 있고 이때 발생되는 면역 거부 반응을 피할 수 있어 활용성이 높다. 이러한 역분화 만능 유도세포는 비 바이러스 방법(episomal 벡터, 센다이 바이러스, PiggyBac transposon, small molecules 등)과 바이러스 방법(렌티 바이러스, 레트로 바이러스, 아데노 바이러스 등)을 통해 줄기세포 유도 전사 인자(Oct4, Sox2, Myc, Nanog, Klf4, Lin28 등)를 세포에 형질 도입함으로써 세포의 재 프로그램을 통해 생성하는 것으로 보고되었다[(Abdal Dayem, Nanomaterials 2018, 8, 761.), (Zulliger, R., Journal of Controlled Release 2015, 219, 471-487.), (Okita, K., Science 2008, 322, 949-953.), (Lee, C.H., Biomaterials 2011, 32, 6683-6691.), (Takahashi, K, cell 2007, 131, 861-872.)]. 그러나 종래 방법들은 줄기세포 유도 전사 인자들의 도입 방법에 따라 숙주의 유전자에 돌변 변이를 유도하거나, 형질 전환 효율이 낮은 다양한 문제점들을 가지고 있어 역분화 만능 유도세포의 생성 방법이 필요한 실정이다. Dedifferentiation pluripotent induced cell technology is currently regarded as a promising technology for regenerative medicine for the treatment of various incurable diseases. Dedifferentiation pluripotent induced cells can solve many ethical problems caused by the use of embryonic stem cells and many problems when used as a therapeutic agent. Due to these advantages, dedifferentiated pluripotent induced cells can be applied to patients with various stem cell therapies, and the immune rejection reaction that occurs at this time can be avoided, so the utility is high. These dedifferentiated pluripotent induced cells are derived from stem cell-induced transcription factors (Oct4, Sox2, etc.) through non-viral methods (episomal vectors, Sendai virus, PiggyBac transposon, small molecules, etc.) and viral methods (lentivirus, retrovirus, adenovirus, etc.). Myc, Nanog, Klf4, Lin28, etc.) have been reported to be produced through reprogramming of cells by transducing cells ((Abdal Dayem, Nanomaterials 2018, 8, 761.), (Zulliger, R., Journal of Controlled Release). 2015, 219, 471-487.), (Okita, K., Science 2008, 322, 949-953.), (Lee, CH, Biomaterials 2011, 32, 6683-6691.), (Takahashi, K, cell 2007 , 131, 861-872.)]. However, conventional methods have various problems such as inducing mutagenesis in a host gene or low transformation efficiency according to a method of introducing stem cell-derived transcription factors, and thus a method of generating dedifferentiated pluripotent induced cells is required.

당뇨병은 인슐린 결핍 또는 인슐린 저항성에 의한 고혈당을 특징으로 발생되는 만성 대사성 질환으로 크게 제1형 당뇨병 (T1D)과 제2형 당뇨병 (T2D)으로 분류된다. T1D는 주로 췌장 베타 세포의 면역 매개 손상에 면역계가 이상 작동하여 인슐린을 생산하는 베타세포를 공격하여 유발되며 어린이 및 성인에서 발생되고, T2D는 인슐린 분비 저하와 인슐린 저항성으로 인해 생기며, 이 두 가지 인자의 관여 정도에 따라 인슐린 분비부족 우위 당뇨병과 인슐린 저항성 우위 당뇨병으로 나뉜다[Choi, H.Y., Journal of Controlled Release 2016, 235, 222-235]. 현재 전 세계적으로 1억 7000만 명이 당뇨병을 앓고 있으며 2030년에는 숫자가 2배로 증가한다고 예상되고 있다. 상기의 설명과 같이 인슐린이 생성되지 못하거나 생성된 인슐린이 정상 작용을 하지 못해 혈당 조절이 할 수 없으므로, 치료를 위해서 환자들은 주기적인 혈당 측정과 인슐린 주사가 유일한 치료법이다. 그러나 이러한 치료방법은 다양한 부작용을 동반하기 때문에 효과적인 다른 치료제의 개발이 시급하다.Diabetes is a chronic metabolic disease characterized by insulin deficiency or high blood sugar due to insulin resistance, and is largely classified into type 1 diabetes (T1D) and type 2 diabetes (T2D). T1D is mainly caused by attacking insulin-producing beta cells due to an abnormal functioning of the immune system due to immune-mediated damage of pancreatic beta cells, and occurs in children and adults, and T2D is caused by decreased insulin secretion and insulin resistance. These two factors Depending on the degree of involvement of the drug, it is divided into diabetes with an insufficient insulin secretion advantage and diabetes with an insulin resistance superiority [Choi, HY, Journal of Controlled Release 2016, 235, 222-235]. Currently, 170 million people worldwide have diabetes, and the number is expected to double by 2030. As described above, because insulin cannot be produced or the generated insulin does not function normally, blood sugar control cannot be performed. Therefore, for treatment, periodic blood sugar measurement and insulin injection are the only treatments for patients. However, since these treatment methods are accompanied by various side effects, the development of other effective treatments is urgent.

이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결 할 수 있는 효율적인 역분화 만능 유도세포를 제조하기 위하여, 그래핀 옥사이드(graphene oxide: GO), 폴리에틸렌이민(polyethylenimine: PEI) 및 목적 유전자를 암호화하는 RNA로 형성된 복합체를 개발하였다. 상기 복합체는 형질 전환 효율 및 역분화 만능 유도세포 생성 효율이 높고, 정상뿐 만 아니라 환자로부터 분리된 세포 또한 효과적을 역분화 만능 유도세포로 생성할 수 있음을 확인하여, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors prepared a complex formed of graphene oxide (GO), polyethyleneimine (polyethylenimine: PEI), and RNA encoding a target gene in order to prepare an efficient dedifferentiated pluripotent induced cell capable of solving the above problem. Developed. The complex has high transformation efficiency and high efficiency of generating dedifferentiated pluripotent induced cells, and confirmed that cells isolated from patients as well as normal can be effectively generated as dedifferentiated pluripotent induced cells, thereby completing the present invention.

본 발명의 목적은 역분화 만능 유도세포(induced Pluripotent Stem cells, iPSCs) 유도용 조성물을 제공할 수 있다.An object of the present invention can provide a composition for inducing pluripotent induced pluripotent cells (induced Pluripotent Stem cells, iPSCs).

또한 본 발명의 목적은 세포치료제를 제공할 수 있다.In addition, an object of the present invention can provide a cell therapy agent.

또한 본 발명의 목적은 역분화 만능 유도세포의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, it is an object of the present invention to provide a method for producing pluripotent inducible cells.

상기 목적의 달성을 위해, 본 발명은 그래핀 옥사이드(graphene oxide: GO), 폴리에틸렌이민(polyethylenimine: PEI) 및 목적 유전자를 암호화하는 RNA가 결합되어 형성된 복합체를 포함하는, 역분화 만능 유도세포(induced Pluripotent Stem cells, iPSCs) 유도용 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a complex formed by combining graphene oxide (GO), polyethyleneimine (polyethylenimine: PEI), and RNA encoding a target gene, dedifferentiation pluripotent induced cells (induced Pluripotent Stem cells, iPSCs) provides a composition for induction.

또한 본 발명은 역분화 만능 유도세포 유도용 조성물로 생성된 역분화 만능 유도세포를 포함하는 세포치료제를 제공한다.In addition, the present invention provides a cell therapy product comprising dedifferentiated pluripotent induced cells produced by a composition for inducing dedifferentiated pluripotent induced cells.

또한 본 발명은 (a) 폴리에틸렌이민(polyethylenimine: PEI) 용액을 그래핀 옥사이드(graphene oxide: GO) 용액에 첨가하여, GO-PEI 복합체를 형성시키는 단계; (b) Oct3, Nanog, Sox2, Oct4, c-Myc 및 Klf4로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 유전자가 각각 발현되는 세포들에서 total RNA를 분리하는 단계; (c) 상기 (a) 단계의 GO-PEI 복합체에 상기 (b) 단계의 total RNA를 넣어 GO-PEI-RNA 복합체를 형성시키는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계의 GO-PEI-RNA 복합체를 인간 세포를 제외한 세포에 처리하는 단계;를 포함하는 역분화 만능 유도세포의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of: (a) adding a polyethyleneimine (PEI) solution to a graphene oxide (GO) solution to form a GO-PEI complex; (b) separating total RNA from cells in which one or more genes selected from the group consisting of Oct3, Nanog, Sox2, Oct4, c-Myc, and Klf4 are respectively expressed; (c) forming a GO-PEI-RNA complex by adding the total RNA of step (b) to the GO-PEI complex of step (a); And (d) treating the GO-PEI-RNA complex of step (c) on cells other than human cells.

본 발명의 역분화 만능 유도세포 유도용 조성물은 단일 가닥의 불안정한 mRNA를 세포 내로 효과적으로 도입할 수 있으며, 도입된 mRNA 는 일정 시간 후 자연적으로 세포에서 분해되어 숙주 세포의 DNA에 통합(integration) 되는 것을 피할 수 있어 안정적으로 역분화 만능 유도세포를 생성한다. 또한, 정상뿐 만 아니라 환자로부터 분리된 세포 또한 효과적을 역분화 만능 유도세포로 생성할 수 있는 효과가 있어, 관련 산업에 유용하게 이용될 수 있다.The composition for inducing dedifferentiated pluripotent induced cells of the present invention can effectively introduce a single strand of unstable mRNA into a cell, and the introduced mRNA is naturally degraded in the cell after a certain period of time and is integrated into the DNA of the host cell. It can be avoided and stably generates dedifferentiated pluripotent induced cells. In addition, cells isolated from patients as well as normal have the effect of generating effective dedifferentiation pluripotent induced cells, and thus can be usefully used in related industries.

도 1은 환자 혈액에서 추출한 말초혈액 단핵 세포 분리 방법을 나타낸 도이다.
도 2는 환자 유래 피부 섬유아세포 분리 방법을 나타낸 도이다.
도 3은 환자에서 유래한 췌도 유래 중간엽줄기세포 분리 방법을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체를 이용한 역분화 만능 유도세포 생산 방법을 모식화한 도이다.
도 5는 센다이바이러스를 이용한 역분화 만능 유도세포 생산 방법을 모식화한 도이다.
도 6은 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체와 센다이바이러스를 이용하여 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(Islet-MSC)(A), 환자 유래 피부 섬유아세포 세포(HDFs)(B)로부터 생산된 역분화 만능 유도세포의 알칼라인 포스파타제 활성도와 콜로니 형태를 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체와 센다이바이러스를 이용하여 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(Islet-MSC)(A), 환자 유래 피부 섬유아세포 세포(HDFs)(B)로부터 생산된 역분화 만능 유도세포의 줄기세포성 마커 발현 수준을 확인한 도이다.
도 8은 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체와 센다이바이러스를 이용하여 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(Islet-MSC)(A), 환자 유래 피부 섬유아세포 세포(HDFs)(B)로부터 역분화 만능 유도세포의 줄기세포성 마커의 면역형광 염색 결과를 확인한 도이다.
1 is a diagram showing a method of separating peripheral blood mononuclear cells extracted from patient blood.
2 is a diagram showing a method of separating patient-derived skin fibroblasts.
3 is a diagram showing a method for islet-derived mesenchymal stem cells derived from a patient.
4 is a diagram schematically illustrating a method of producing dedifferentiated pluripotent induced cells using the GO-PEI/mRNA complex of the present invention.
5 is a diagram schematically illustrating a method for producing dedifferentiated pluripotent induced cells using Sendai virus.
6 is a dedifferentiation produced from patient-derived adult pancreatic stem cells (Islet-MSC) (A) and patient-derived skin fibroblast cells (HDFs) (B) using the GO-PEI/mRNA complex of the present invention and Sendai virus. It is a diagram showing the results of confirming the alkaline phosphatase activity and colony morphology of pluripotent induced cells.
7 is a dedifferentiation produced from patient-derived adult pancreatic stem cells (Islet-MSC) (A) and patient-derived skin fibroblast cells (HDFs) (B) using the GO-PEI/mRNA complex of the present invention and Sendai virus. This is a diagram confirming the expression level of stem cell markers of pluripotent induced cells.
8 is a pluripotent induction of dedifferentiation from patient-derived pancreatic adult stem cells (Islet-MSC) (A) and patient-derived skin fibroblast cells (HDFs) (B) using the GO-PEI/mRNA complex of the present invention and Sendai virus. This is a diagram confirming the results of immunofluorescence staining of stem cell markers of cells.

본 발명은 그래핀 옥사이드(graphene oxide: GO), 폴리에틸렌이민(polyethylenimine: PEI) 및 목적 유전자를 암호화하는 RNA가 결합되어 형성된 복합체를 포함하는, 역분화 만능 유도세포(induced Pluripotent Stem cells, iPSCs) 유도용 조성물을 제공한다.The present invention induces pluripotent induced pluripotent cells (iPSCs), including a complex formed by combining graphene oxide (GO), polyethylenimine (PEI), and RNA encoding a target gene It provides a composition for use.

상기 목적 유전자는 역분화 만능 유도세포를 유도할 수 있는 다능성(pluripotency) 관련 유전자이고, 바람직하게는 Oct3, Nanog, Sox2, Oct4, c-Myc 및 Klf4로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이고, 더욱 바람직하게는 Oct3, Nanog 및 Sox2이나, 이에 제한되지 않는다.The target gene is a pluripotency-related gene capable of inducing dedifferentiated pluripotent inducing cells, and is preferably any one or more selected from the group consisting of Oct3, Nanog, Sox2, Oct4, c-Myc and Klf4, More preferably, Oct3, Nanog and Sox2, but are not limited thereto.

상기 조성물은 목적 유전자를 세포 내로 도입시킬 수 있으나 세포 내 게놈으로 목적 유전자를 삽입하지 않으며, 이는 본 발명의 조성물은 도입된 RNA는 일정 시간 후 자연적으로 세포에서 분해되어 숙주 세포의 DNA에 통합(integration) 되는 것을 피할 수 있어 안정적으로 역분화 만능 유도세포를 생성할 수 있다. The composition can introduce the target gene into the cell, but does not insert the target gene into the intracellular genome, which means that the introduced RNA is naturally degraded in the cell after a certain period of time and is integrated into the DNA of the host cell (integration ) Can be avoided to stably generate dedifferentiated pluripotent induced cells.

상기 조성물은 췌장베타세포, 피부세포, 심근세포, 뇌세포, 신경세포, 지방세포, 골세포, 연골세포, 근육세포, 간세포, 혈관세포 및 폐세포로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 세포에 처리할 수 있으나, 바람직하게는 췌장베타세포 및 피부세포이고, 상기 세포는 정상뿐 만 아니라, 환자로부터 분리된 세포일 수 있다. The composition may be treated on one or more cells selected from the group consisting of pancreatic beta cells, skin cells, cardiomyocytes, brain cells, nerve cells, adipocytes, bone cells, chondrocytes, muscle cells, hepatocytes, vascular cells, and lung cells. However, preferably, they are pancreatic beta cells and skin cells, and the cells may be cells isolated from a patient as well as normal.

상기 그래핀 옥사이드 및 폴리에틸렌이민은 RNA와 1 내지 40의 N/P 비율로 결합될 수 있고, 바람직하게는 25 내지 35의 N/P 비율이나, 이에 제한되지 않는다. 상기 폴리에틸렌이민은 1 내지 40kDa이고, 바람직하게는 20 내지 30kDa이고, 이에 제한되지 않는다. The graphene oxide and polyethyleneimine may be combined with RNA at an N/P ratio of 1 to 40, and preferably an N/P ratio of 25 to 35, but is not limited thereto. The polyethyleneimine is 1 to 40 kDa, preferably 20 to 30 kDa, but is not limited thereto.

본 발명에서 용어 "역분화 만능 유도세포(induced pluripotent stem cell)"는 재프로그램 인자의 발현 또는 발현 유도에 의해 체세포를 재프로그램하여 생성된 유도 다능성 줄기 세포(iPS 세포)를 포함한다. 역분화 만능 유도세포는 태아, 출생후(postnatal), 신생아, 청소년 또는 성인 체세포를 사용하여 생성될 수 있다. 역분화 만능 유도세포는 RPE 세포 또는 다른 세포 타입으로의 분화가 시작되기 전에 새로이 생성될 수 있다(당업계 공지 방법에 의해). 역분화 만능 유도세포는 조직-매칭된 RPE 세포를 생성할 목적으로 특정 환자 또는 매칭된 공여자로부터 온 물질을 사용하여 특이적으로 생성될 수 있다. 역분화 만능 유도세포는 의도된 수여자에서 실질적으로 면역원성이 아닌 세포, 예를 들면 자가세포 또는 의도된 수여자에 세포 조직적합한 세포에서 제조된 세포에서 제조될 수 있다. 추가적 예시로서, 역분화 만능 유도세포는 체세포 또는 다른 세포를 하나 이상의 재프로그램 인자로 세포를 접촉하여 재프로그램함으로써 생성될 수 있다. 예를 들면, 재프로그램 인자는 세포에 의해, 예를 들면, 세포에 부가된 외인성 핵산으로부터, 또는 소분자 등 그 유전자 발현을 촉진 또는 유도하는 인자에 반응하는 내인성 유전자로부터 발현될 수 있다(Suh and Blelloch, Development 138, 1653-1661 (2011); Miyosh et al., ell Stem Cell (2011), doi:10.1016/j.stem.2011.05.001; Sancho-Martinez et al., Journal of Molecular Cell Biology (2011) 1-3; Anokye-Danso et al., Cell Stem Cell 8, 376-388, April 8, 2011; Orkin and Hochedlinger, Cell 145, 835-850, June 10, 2011 참조) 재프로그램 인자는 외인성 공급원, 예를 들면, 배양 배지에 추가하고 세포 내로 당업계에 알려진 방법 예컨대 세포 도입 펩타이드, 단백질 또는 핵산 트랜스팩션제, 리포펙틴과의 커플링, 전기천공, 유전자총, 마이크로주입법 등에 의해 도입됨으로써 제공될 수 있다.In the present invention, the term "induced pluripotent stem cell" includes induced pluripotent stem cells (iPS cells) produced by reprogramming somatic cells by expression or induction of expression of a reprogramming factor. Dedifferentiated pluripotent induced cells can be generated using fetal, postnatal, neonatal, juvenile or adult somatic cells. Dedifferentiation pluripotent induced cells can be newly generated (by methods known in the art) before differentiation into RPE cells or other cell types begins. Dedifferentiated pluripotent inducers can be specifically generated using material from a specific patient or matched donor for the purpose of generating tissue-matched RPE cells. Dedifferentiated pluripotent inducible cells can be prepared from cells that are not substantially immunogenic in the intended recipient, such as autologous cells or cells prepared from cells that are cytostatically compatible with the intended recipient. As a further example, dedifferentiating pluripotent induced cells can be generated by reprogramming somatic cells or other cells by contacting the cells with one or more reprogramming factors. For example, reprogramming factors can be expressed by cells, for example, from exogenous nucleic acids added to cells, or from endogenous genes that respond to factors that promote or induce expression of the gene, such as small molecules (Suh and Blelloch , Development 138, 1653-1661 (2011); Miyosh et al., ell Stem Cell (2011), doi:10.1016/j.stem. 2011.05.001; Sancho-Martinez et al., Journal of Molecular Cell Biology (2011) 1-3; Anokye-Danso et al., Cell Stem Cell 8, 376-388, April 8, 2011; Orkin and Hochedlinger, Cell 145, 835-850, June 10, 2011) Reprogramming factors are exogenous sources, e.g. For example, it can be provided by adding it to the culture medium and introducing into the cell by a method known in the art such as a cell-transducing peptide, protein or nucleic acid transfection agent, coupling with lipofectin, electroporation, gene gun, microinjection, etc. .

또한 본 발명은 역분화 만능 유도세포 유도용 조성물로 생성된 역분화 만능 유도세포를 포함하는 세포치료제를 제공한다.In addition, the present invention provides a cell therapy product comprising dedifferentiated pluripotent induced cells produced by a composition for inducing dedifferentiated pluripotent induced cells.

상기 세포치료제는 췌장베타세포, 피부세포, 심근세포, 뇌세포, 신경세포, 지방세포, 골세포, 연골세포, 근육세포, 간세포, 혈관세포 및 폐세포로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 세포를 재생시키거나 이식하는 것이고, 바람직하게는 췌장베타세포, 피부세포이고, 상기 세포는 정상뿐 만 아니라, 환자로부터 분리된 세포일 수 있다. The cell therapy agent regenerates one or more cells selected from the group consisting of pancreatic beta cells, skin cells, cardiomyocytes, brain cells, nerve cells, adipocytes, bone cells, chondrocytes, muscle cells, hepatocytes, vascular cells, and lung cells. Transplantation or transplantation, preferably pancreatic beta cells, skin cells, the cells may be cells isolated from the patient as well as normal.

본 발명의 용어, "세포치료제"란 세포와 조직의 기능을 복원시키기 위하여 살아있는 자가(autologous), 동종(allogenic), 이종(xenogenic) 세포를 체외에서 증식ㆍ선별하거나 여타한 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품을 말한다. 미국은 1993년부터, 우리나라는 2002년부터 세포치료제를 의약품으로 관리하고 있다. 이러한 세포치료제는 크게 두 분야로 분류할 수 있으며 그 첫 번째는 조직 재생 혹은 장기기능 회복을 위한 줄기세포 치료제이며, 두 번째는 생체 내 면역반응의 억제 혹은 면역반응의 항진 등 면역반응 조절을 위한 면역세포 치료제로 분류할 수 있다.In the term of the present invention, "cell therapy" refers to the biological characteristics of cells by proliferating and selecting in vitro or other methods of living autologous, allogenic, and xenogenic cells to restore the function of cells and tissues. It refers to medicines used for the purpose of treatment, diagnosis and prevention through a series of actions such as changing the disease. The US has been managing cell therapy products as pharmaceuticals since 1993 and Korea since 2002. These cell therapy products can be broadly classified into two fields. The first is stem cell therapy for tissue regeneration or organ function recovery, and the second is immunity for regulating immune responses, such as suppressing the immune response in vivo or enhancing the immune response. It can be classified as a cell therapy.

본 발명의 세포 치료제는 약학 조성물로 이용될 수 있으며, 약학 조성물에는 보조제(adjuvant)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 보조제는 당해 기술분야에 알려진 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있으나, 예를 들어 프로인트(Freund)의 완전 보조제 또는 불완전 보조제를 더 포함하여 그 면역성을 증가시킬 수 있다. The cell therapeutic agent of the present invention may be used as a pharmaceutical composition, and the pharmaceutical composition may further include an adjuvant. Any of the adjuvants known in the art may be used without limitation, but, for example, Freund's complete adjuvant or incomplete adjuvant may be further included to increase its immunity.

본 발명에 따른 약학 조성물은 유효성분을 약학적으로 허용된 담체에 혼입시킨 형태로 제조될 수 있다. 여기서, 약학적으로 허용된 담체는 제약 분야에서 통상 사용되는 담체, 부형제 및 희석제를 포함한다. 본 발명의 약학 조성물에 이용할 수 있는 약학적으로 허용된 담체는 이들로 제한되는 것은 아니지만, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다.The pharmaceutical composition according to the present invention may be prepared in a form in which an active ingredient is incorporated in a pharmaceutically acceptable carrier. Here, the pharmaceutically acceptable carrier includes carriers, excipients, and diluents commonly used in the pharmaceutical field. Pharmaceutically acceptable carriers that can be used in the pharmaceutical composition of the present invention are not limited thereto, but lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, gum acacia, alginate, gelatin, Calcium phosphate, calcium silicate, cellulose, methyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, water, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate, and mineral oils.

본 발명의 약학 조성물은 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀전, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 또는 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다.The pharmaceutical compositions of the present invention can be formulated and used in the form of oral dosage forms such as powders, granules, tablets, capsules, suspensions, emulsions, syrups, aerosols, etc., external preparations, suppositories, or sterile injectable solutions according to a conventional method. .

제제화할 경우에는 통상 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제될 수 있다. 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 그러한 고형 제제는 유효성분에 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면 전분, 칼슘 카르보네이트, 수크로스, 락토오스, 젤라틴 등을 섞어 조제될 수 있다. 또한, 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용될 수 있다. 경구투여를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데, 일반적으로 사용되는 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수용성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제 및 좌제가 포함된다. 비수용성용제, 현탁제로는 프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 올리브유와 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로젤라틴 등이 사용될 수 있다.In the case of formulation, it can be prepared using diluents or excipients such as fillers, extenders, binders, wetting agents, disintegrants, and surfactants that are commonly used. Solid preparations for oral administration include tablets, pills, powders, granules, capsules, etc., and such solid preparations include at least one excipient, such as starch, calcium carbonate, sucrose, lactose, gelatin, in the active ingredient. It can be prepared by mixing and the like. Further, in addition to simple excipients, lubricants such as magnesium stearate and talc may also be used. Liquid preparations for oral administration include suspensions, liquid solutions, emulsions, syrups, and other excipients, such as wetting agents, sweeteners, fragrances, and preservatives, in addition to water and liquid paraffin, which are commonly used diluents. I can. Formulations for parenteral administration include sterile aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, lyophilized formulations, and suppositories. As the non-aqueous solvent and suspension, propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oil such as olive oil, injectable ester such as ethyl oleate, and the like may be used. As a base for suppositories, witepsol, tween 61, cacao butter, laurin paper, glycerogelatin, and the like may be used.

본 발명에 따른 약학 조성물은 개체에 다양한 경로로 투여될 수 있다. 투여의 모든 방식이 예상될 수 있는데, 예를 들면 경구, 정맥, 근육, 피하, 복강내 주사에 의해 투여될 수 있다.The pharmaceutical composition according to the present invention can be administered to a subject by various routes. All modes of administration can be expected, for example, by oral, intravenous, intramuscular, subcutaneous, intraperitoneal injection.

본 발명에 따른 약학 조성물의 투여량은 개체의 연령, 체중, 성별, 신체 상태 등을 고려하여 선택된다. 상기 약학 조성물 중 포함되는 유효성분의 농도는 대상에 따라 다양하게 선택할 수 있음은 자명하며, 바람직하게는 약학 조성물에 0.01 ~ 5,000 ㎍/ml의 농도로 포함되는 것이다. 그 농도가 0.01 ㎍/ml 미만일 경우에는 약학 활성이 나타나지 않을 수 있고, 5,000 ㎍/ml를 초과할 경우에는 인체에 독성을 나타낼 수 있다.The dosage of the pharmaceutical composition according to the present invention is selected in consideration of the age, weight, sex, and physical condition of the individual. It is obvious that the concentration of the active ingredient contained in the pharmaceutical composition can be selected in various ways depending on the subject, and is preferably included in the pharmaceutical composition at a concentration of 0.01 to 5,000 μg/ml. When the concentration is less than 0.01 μg/ml, pharmaceutical activity may not appear, and when the concentration exceeds 5,000 μg/ml, toxicity to humans may occur.

또한 본 발명은 (a) 폴리에틸렌이민(polyethylenimine: PEI) 용액을 그래핀 옥사이드(graphene oxide: GO) 용액에 첨가하여, GO-PEI 복합체를 형성시키는 단계; (b) Oct3, Nanog, Sox2, Oct4, c-Myc 및 Klf4로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 유전자가 각각 발현되는 세포들에서 total RNA를 분리하는 단계; (c) 상기 (a) 단계의 GO-PEI 복합체에 상기 (b) 단계의 total RNA를 넣어 GO-PEI-RNA 복합체를 형성시키는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계의 GO-PEI-RNA 복합체를 인간 세포를 제외한 세포에 처리하는 단계;를 포함하는 역분화 만능 유도세포의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of: (a) adding a polyethyleneimine (PEI) solution to a graphene oxide (GO) solution to form a GO-PEI complex; (b) separating total RNA from cells in which one or more genes selected from the group consisting of Oct3, Nanog, Sox2, Oct4, c-Myc, and Klf4 are respectively expressed; (c) forming a GO-PEI-RNA complex by adding the total RNA of step (b) to the GO-PEI complex of step (a); And (d) treating the GO-PEI-RNA complex of step (c) on cells other than human cells.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are only for embodiing the contents of the present invention and the present invention is not limited thereto.

<실시예 1> 세포 준비 및 배양<Example 1> Cell preparation and culture

1-1. 역분화 만능 유도세포 배양1-1. Induced pluripotent cell culture

역분화 만능 유도세포는 feeder-free system 조건에서 10μM Y27632 (ROCK 억제제, Tocris Bioscience)가 보충된 mTeSR?? 1 배지(StemCell Technologies, Vancouver, BC Canada)를 사용하여 37℃, 5% CO2 incubator에서 배양하였다. 또한, 본 발명의 역분화 만능 유도세포의 검증을 위한 positive control로 RIKEN BioResource 센터 세포 은행(HPS0076)을 통해 교토 대학에서 제공 한 409B2 hiPSCs 라인을 사용하였다. 또한, hiPSC의 계대 배양을 위해 Accutase(Stem cell Technologies)를 처리한 세포는 24시간 동안 마트리젤 (Matrigel, BD Biosciences, SanJose, CA, USA)이 코팅된 배양 플레이트에서 배양한 후 feeder-free system 으로 교체하였다. Dedifferentiated pluripotent induced cells are mTeSR?? supplemented with 10 μM Y27632 (ROCK inhibitor, Tocris Bioscience) in feeder-free system conditions. 1 medium (StemCell Technologies, Vancouver, BC Canada) was used and cultured in a 37°C, 5% CO 2 incubator. In addition, the 409B2 hiPSCs line provided by Kyoto University through the RIKEN BioResource Center Cell Bank (HPS0076) was used as a positive control for the verification of the dedifferentiated pluripotent induced cells of the present invention. In addition, cells treated with Accutase (Stem cell Technologies) for subculture of hiPSC were cultured on a culture plate coated with Matrigel (Matrigel, BD Biosciences, SanJose, CA, USA) for 24 hours and then used with a feeder-free system. Replaced.

1-2. 환자 유래 말초혈액 단핵 세포 (PBMC) 분리1-2. Isolation of patient-derived peripheral blood mononuclear cells (PBMC)

도 1에 나타낸 바와 같이, 환자 유래 말초혈액 단핵 세포를 분리하기 위하여, 구체적으로, 제공된 환자 유래 혈액은 Ficoll-Plaque PLUS(GE Healthcare)를 통한 밀도 구배 원심 분리 방법을 사용하여 분리하였다. 10ml의 혈액을 25ml 인산 완충 생리 식염수(PBS)와 혼합한 후, 15ml Ficoll-Plaque을 첨가한 후 400g에서 30분간 원심 분리하였다. 원심 분리 후, 밀도 구배 층으로 원심 분리된 PBMC를 새로운 튜브에 옮긴 후 50ml PBS로 2번 세척 후 300g에서 10분간 원심 분리하였다. 상기 세포들은 RPMI1640(GIBCO-BRL)에 인터류킨 2(10U / mL) 및 10 % 소 태아 혈청 (FBS) 및 1% 페니실린/스트렙토마이신(P/S)를 사용하여 37℃, 5% CO2 인큐베이터에서 배양하였다. As shown in FIG. 1, in order to separate the patient-derived peripheral blood mononuclear cells, specifically, the provided patient-derived blood was separated using a density gradient centrifugation method through Ficoll-Plaque PLUS (GE Healthcare). After 10 ml of blood was mixed with 25 ml of phosphate buffered saline (PBS), 15 ml of Ficoll-Plaque was added, followed by centrifugation at 400 g for 30 minutes. After centrifugation, the PBMC centrifuged with the density gradient layer was transferred to a new tube, washed twice with 50 ml PBS, and centrifuged at 300 g for 10 minutes. The cells were prepared in RPMI1640 (GIBCO-BRL) in an incubator at 37° C., 5% CO 2 using interleukin 2 (10 U/mL) and 10% fetal bovine serum (FBS) and 1% penicillin/streptomycin (P/S). Cultured.

1-3. 환자 유래 피부 섬유아세포(dermal fibroblasts) 세포 (HDFs) 분리 1-3. Isolation of patient-derived dermal fibroblasts (HDFs)

도 2에 나타낸 바와 같이 환자 유래 피부 섬유아세포를 분리하기 위하여, 구체적으로, 세포 분리를 위해 환자의 피부를 2.5 cm X 1cm를 잘라내 PBS로 3 회 세척하였다. 그 후, 메스를 이용하여 잘게 자른 후 Dulbecco 's modified Eagle 's (DMEM, Gibco-BRL)에 1% 페니실린/스트렙토마이신(P/S, 100 U / ml, Gibco-BRL)과 5% FBS를 첨가한 배지에 1,000 U/ml Collagenase I(Invitrogen)을 처리하여 1시간 30분 동안 37℃, 5% CO2 인큐베이터에서 반응시켰다. 그 후 2,000 rpm에서 15분간 원심 분리한 후, PBS로 3회 세척하였다. 분리된 섬유아세포는 10% FBS와 1% 페니실린/스트렙토마이신(P/S)가 함유된 DMEM 배지를 사용하여 37℃, 5% CO2 인큐베이터에서 배양하였다.As shown in FIG. 2, in order to separate patient-derived skin fibroblasts, specifically, for cell separation, the patient's skin was cut 2.5 cm x 1 cm and washed three times with PBS. After that, chop it with a scalpel and add 1% penicillin/streptomycin (P/S, 100 U/ml, Gibco-BRL) and 5% FBS to Dulbecco's modified Eagle's (DMEM, Gibco-BRL). The added medium was treated with 1,000 U/ml Collagenase I (Invitrogen) and reacted in an incubator at 37° C. and 5% CO 2 for 1 hour and 30 minutes. Thereafter, centrifugation was performed at 2,000 rpm for 15 minutes, followed by washing three times with PBS. The isolated fibroblasts were cultured in a DMEM medium containing 10% FBS and 1% penicillin/streptomycin (P/S) in a 5% CO2 incubator at 37°C.

1-4. 환자 유래 췌장 성체 줄기세포 (mesenchymal stem cell, MSC) 분리 1-4. Isolation of patient-derived mesenchymal stem cells (MSCs)

도 3에 나타낸 바와 같이, 환자 d래 췌장 성체 줄기 세포를 분리하기 위하여, 췌장 성체 줄기세포 분리에 사용된 조직은 췌장 절제술을 받는 환자의 동의를 얻어 환자의 정상 췌장 조직만을 분리하여 사용하였다. 분리된 췌장 조직에 Collagenase P (Invitrogen)를 췌장관에 직접 주입하고, Ricordi Chamber에 넣어 37℃에서 주입한 Collagenase P 용액을 순환시키면서 반응시켰다. Collagenase P 용액을 순환 시키는 동안 분리된 islet세포를 분리하였다. 이때, 췌도(islet) 세포는 세포 손상을 막기 위하여 빠르게 디티존(dithizone (DTZ))으로 베타세포를 염색한 후 분리하였다. 분리된 췌도(islet) 세포액은 COBE 2991 장치를 사용하여 농도 구배에 따른 세포층을 나누어 DTZ로 염색된 순수한 췌도(islet) 세포를 확인 후 세포 수와 양을 기록하고 세포를 분리하였다. 분리한 췌도(islet) 베타 세포(췌장 성체줄기세포)는 10% FBS와 1% P/S가 함유된 DMEM 배지를 사용하여 37℃, 5% CO2 incubator에서 배양하였다.As shown in FIG. 3, in order to isolate adult pancreatic stem cells in patient d, the tissue used for isolation of adult pancreatic stem cells was used by separating only normal pancreatic tissue of the patient with the consent of the patient undergoing pancreatic resection. Collagenase P (Invitrogen) was directly injected into the pancreatic duct into the separated pancreatic tissue, and the solution was put into a Ricordi Chamber to react while circulating the injected Collagenase P solution at 37°C. The isolated islet cells were isolated while the Collagenase P solution was circulating. At this time, islet cells were separated after rapidly staining beta cells with dithizone (DTZ) to prevent cell damage. The isolated islet cell fluid was divided into a cell layer according to a concentration gradient using a COBE 2991 apparatus, and pure islet cells stained with DTZ were checked, and the number and amount of cells were recorded, and the cells were separated. The isolated islet beta cells (pancreatic adult stem cells) were cultured in a DMEM medium containing 10% FBS and 1% P/S in a 5% CO2 incubator at 37°C.

<실시예 2> 역분화 만능 유도세포 생성<Example 2> Generation of reverse differentiation pluripotent induced cells

2-1. 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체 및 역분화 만능 유도세포 생성2-1. Production of GO-PEI/mRNA complexes and dedifferentiated pluripotent induced cells of the present invention

도 4에 나타낸 바와 같이, GO-PEI/mRNA 복합체를 이용한 역분화 만능 유도세포를 생산하였다.As shown in FIG. 4, dedifferentiated pluripotent induced cells were produced using the GO-PEI/mRNA complex.

먼저, GO-PEI 복합체를 제작 하였다. 구체적으로, 25kDa PEI 용액(1 mg/ml) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 GO 용액(0.1 mg/ml) (Graphene Supermarket, Calverton, NY, USA)에 10분간 천천히 첨가하였다. 약 10분간의 초음파 처리 후에, 상기 혼합물을 오버나잇으로 교반하고, 원심분리를 이용하여 탈이온수로 5회 세척한 후 탈이온수에서 재분산시켰다.first, The GO-PEI complex was fabricated. Specifically, 25kDa PEI solution (1 mg/ml) (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) was slowly added to GO solution (0.1 mg/ml) (Graphene Supermarket, Calverton, NY, USA) for 10 minutes. . After about 10 minutes of sonication, the mixture was stirred overnight, washed 5 times with deionized water using centrifugation, and re-dispersed in deionized water.

이 후, GO-PEI/mRNA 복합체를 제작하였다. 구체적으로, GO-PEI와 RNA(Oct3, Nanog, Sox2의 3가지 total RNA 를 각각 0.5 ug씩)의 복합체 형성을 위한 조건을 확립하기 위하여 gel retardation 어세이를 수행하였다. GO-PEI와 RNA의 복합체 형성을 식별하기 위하여 GO-PEI의 다른 N/P 비율(0, 7.5, 15, 30, 및 45)과 2ug 의 total RNA 복합체를 아가로즈 겔 전기영동 분석법을 통하여 분석하였다. GO-PEI 및 RNA 혼합물을 실온에서 20분간 배양한 후, 시료들을 65℃에서 10분간 가열하였다. GO-PEI RNA 복합체는 EtBr 염색된 1% (w/v) 아가로즈 겔에서 전기영동으로 확인할 수 있었다. 겔은 gel documentation system (GL 2200 PRO Imaging system, CARESTREAM, Rochester, NY, USA)을 사용하여 판독하였다. 그 결과 GO-PEI 30 N/P 비율과 복합체를 이룬 것에서 상당한 지연을 보인 것을 확인할 수 있었으므로, N/P 30 비율의 GO-PEI와 2 ug RNA 복합체를 사용하였다. 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체는 혈청이 없는 DMEM 배지에 넣고 4℃에서 30분 동안 반응한 후, 상기 실시예 1에서 준비한 환자 유래 말초혈액 단핵 세포 (PBMC), 환자 유래 피부 섬유아세포 세포 (HDFs) 또는 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(mesenchymal stem cell, MSC)에 처리하였다. 역분화 만능 유도세포의 생성 효율은 생성된 콜로니의 수와 초기 형질 전환시킨 세포 수를 반영하여 계산하였다.After that, a GO-PEI/mRNA complex was prepared. Specifically, a gel retardation assay was performed to establish conditions for complex formation of GO-PEI and RNA (0.5 ug each of three total RNAs of Oct3, Nanog, and Sox2). To identify the complex formation of GO-PEI and RNA, different N/P ratios (0, 7.5, 15, 30, and 45) of GO-PEI and 2 ug of total RNA complex were analyzed by agarose gel electrophoresis assay. . After incubating the GO-PEI and RNA mixture at room temperature for 20 minutes, the samples were heated at 65° C. for 10 minutes. The GO-PEI RNA complex could be confirmed by electrophoresis on an EtBr stained 1% (w/v) agarose gel. The gel was read using the gel documentation system (GL 2200 PRO Imaging system, CARESTREAM, Rochester, NY, USA). As a result, it was confirmed that there was a significant delay in the complex with the GO-PEI 30 N/P ratio, so a 2 ug RNA complex with GO-PEI of 30 N/P was used. The GO-PEI/mRNA complex of the present invention was put in a serum-free DMEM medium and reacted at 4° C. for 30 minutes, and then patient-derived peripheral blood mononuclear cells (PBMC), patient-derived skin fibroblast cells ( HDFs) or patient-derived pancreatic adult stem cells (MSCs). The efficiency of generation of dedifferentiated pluripotent induced cells was calculated by reflecting the number of colonies generated and the number of initially transformed cells.

2-2. 센다이 바이러스 및 이를 이용한 역분화 만능 유도세포 생성2-2. Sendai virus and generation of pluripotent induced cells using the same

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체와 비교할 수 있는 대조군으로서, RNA를 형질 전환하는 방법인 센다이 바이러스를 이용한 방법을 함께 실험하여 비교 분석하였다. As shown in FIG. 5, as a control comparable to the GO-PEI/mRNA complex of the present invention, a method using Sendai virus, a method of transforming RNA, was tested and analyzed for comparison.

구체적으로, 말초혈액단핵구를 CytoTune®-iPS 2.0 Sendai Reprogramming Kit(Life Technologies)를 통해 형질전환 하였고, 센다이바이러스 키트는 Oct4와 Sox2, Klf4, c-Myc, 즉 야마나카 인자가 인코딩된 리프로그래밍 백터가 바이러스안에 함유되어 있다. 형질전환 전 4일 동안 세포를 12 well 배양 플레이트에 각 well마다 5Х105씩 배양하며, 배지는 20% 넉아웃된 혈정 대체제(KOSR; knockout serum replacement)과 사이토카인(SCF, FLT-3, IL-3, IL-6)이 첨가된 IMDM을 첨가하였다. 이후 적절한 MOI에 맞게 센다이바이러스를 24시간 처리해 주었다. 형질전환된 세포는 마트리젤로 표면처리가 된 6 well 플레이트에 옮기고 역분화 만능 유도세포 전용 배지(20% KOSR과 1mM 비필수아미노산 1mM GlutaMax, 1% 페니실린/스트렙토마이신이 첨가된 KO/F12 배지)로 배양하였다. 8일 후, 콜로니가 형성(도5의 A)되기 전까지, bFGF가 첨가된 역분화 만능 유도세포 전용 배지로 바꾸었다. 도5의 B에 나타낸 바와 같이, 인간피부세포나 췌도 유래 중간엽줄기세포도 마찬가지로 센다이바이러스를 통해서 리프로그래밍하였다.Specifically, peripheral blood monocytes were transformed through CytoTune®-iPS 2.0 Sendai Reprogramming Kit (Life Technologies), and the Sendai virus kit was Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, that is, a reprogramming vector encoding Yamanaka factor was used as a virus. It is contained inside. Cells are cultured in a 12-well culture plate for 4 days prior to transformation at 5x10 5 for each well, and the medium is 20% knockout serum replacement (KOSR) and cytokines (SCF, FLT-3, IL-). 3, IL-6) was added IMDM. Afterwards, Sendai virus was treated for 24 hours according to the appropriate MOI. Transformed cells are transferred to a 6-well plate surface-treated with Matrigel, and a medium for dedifferentiation pluripotent induction cells (20% KOSR and 1 mM non-essential amino acid, 1 mM GlutaMax, and 1% penicillin/streptomycin-added KO/F12 medium) Cultured. After 8 days, until colonies were formed (Fig. 5A), the medium was changed to a medium exclusively for dedifferentiated pluripotent induced cells to which bFGF was added. As shown in Fig. 5B, human skin cells and islet-derived mesenchymal stem cells were similarly reprogrammed through Sendai virus.

<실시예 3> 알칼리 포스파타제 (Alkaline phosphatase, AP) 활성 분석 및 염색<Example 3> Alkaline phosphatase (AP) activity analysis and staining

본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체를 이용한 역분화 만능 유도세포의 생성을 확인하기 위하여, 센다이 바이러스가 도입-역분화 만능 유도세포와 Yamanaka-역분화 만능 유도세포를 대조군으로 두었다.In order to confirm the generation of dedifferentiated pluripotent induced cells using the GO-PEI/mRNA complex of the present invention, Sendai virus introduced-retrodifferentiated pluripotent induced cells and Yamanaka-dedifferentiated pluripotent induced cells were used as controls.

구체적으로, 알칼리 포스파타아제 염색 키트 (Sigma-Aldrich)를 사용하여 수행하였다. 구체적으로, 세포의 고정 및 투과성 처리는 아세톤, 포르말린 및 시트르산 고정액으로 수행한 다음 나프톨 및 패스트 레드 알칼리 용액으로 염색하였다. AP 활성 분석은 fluorometer를 이용해 분석했고, 염색된 세포는 위상차 현미경 (Olympus)으로 측정하였다.Specifically, Alkaline phosphatase staining kit (Sigma-Aldrich) was used. Specifically, cell fixation and permeability treatment was performed with acetone, formalin, and citric acid fixative, followed by staining with naphthol and fast red alkaline solution. AP activity analysis was performed using a fluorometer, and stained cells were measured with a phase contrast microscope (Olympus).

도 6의 A에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체가 도입된 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(Islet-MSC)로부터 생성된 역분화 만능 유도세포는(hR-iPSC-L1, hR-iPSC-L2) 알칼라인 포스파타제 활성도와 콜로니 형태가 배아줄기세포와 유사함을 확인하였다. 또한, 양성 대조군인 센다이 바이러스가 도입된 역분화 만능 유도세포(hR-SeV-L1, hR-SeV-L2)와 비교하여도 유사함을 확인하였다. As shown in Fig. 6A, dedifferentiated pluripotent induced cells generated from patient-derived pancreatic adult stem cells (Islet-MSC) into which the GO-PEI/mRNA complex of the present invention has been introduced are (hR-iPSC-L1, hR- iPSC-L2) alkaline phosphatase activity and colony morphology were confirmed to be similar to embryonic stem cells. In addition, it was confirmed that it was similar compared to the dedifferentiated pluripotent induced cells (hR-SeV-L1, hR-SeV-L2) into which the positive control Sendai virus was introduced.

또한, 도 6의 B에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체가 도입된 환자 유래 피부 섬유아세포 세포(HDFs)로부터 생성된 역분화 만능 유도세포는(hR-iPSC-L1, hR-iPSC-L2) 알칼라인 포스파타제 활성도와 콜로니 형태가 배아줄기세포와 유사함을 확인하였다. 또한, 양성 대조군인 센다이 바이러스가 도입된 역분화 만능 유도세포(hR-SeV-L1, hR-SeV-L2)와 비교하여도 알칼라인 포스파타제 활성도 및 콜로니 형태가 더 우수함을 확인하였다. In addition, as shown in Fig. 6B, the dedifferentiated pluripotent induced cells generated from patient-derived skin fibroblast cells (HDFs) into which the GO-PEI/mRNA complex of the present invention has been introduced are (hR-iPSC-L1, hR- iPSC-L2) alkaline phosphatase activity and colony morphology were confirmed to be similar to embryonic stem cells. In addition, it was confirmed that alkaline phosphatase activity and colony morphology were more excellent compared to the dedifferentiated pluripotent induced cells (hR-SeV-L1, hR-SeV-L2) into which the positive control Sendai virus was introduced.

<실시예 4> 역분화 만능 유도세포 생성 효율 확인<Example 4> Confirmation of the efficiency of generating dedifferentiated pluripotent induced cells

환자 유래 피부 섬유아세포 세포(HDFs)와, 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(베타 세포)(Islet-MSC)에 본 발명의 GO-PEI/RNA 복합체와 센다이바이러스를 도입하여 생성된 역분화 만능 유도세포의 효율을 비교하였다. 구체적으로, 콜로니 수, 역분화 만능 유도세포 수, 효율(%)를 확인하였으며 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Of dedifferentiated pluripotent induced cells produced by introducing the GO-PEI/RNA complex and Sendai virus of the present invention into patient-derived skin fibroblast cells (HDFs) and patient-derived adult pancreatic stem cells (beta cells) (Islet-MSC). The efficiency was compared. Specifically, the number of colonies, the number of dedifferentiated pluripotent induced cells, and efficiency (%) were confirmed, and the results are shown in Table 1 below.

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 GO-PEI/RNA 복합체는 양성 대조군인 센다이바이러스 도입 방법과 비교하여, 2-3배 이상의 콜로니 수, 역분화 만능 유도세포 수, 효율(%)가 나타남을 확인하였다.As shown in Table 1, the GO-PEI/RNA complex of the present invention shows 2-3 times more colonies, the number of pluripotent induced cells, and the efficiency (%) compared to the Sendai virus introduction method, which is a positive control. Confirmed.

Figure 112018106179580-pat00001
Figure 112018106179580-pat00001

<실시예 5> 정량적 실시간 역전사 중합 효소 연쇄 반응 분석<Example 5> Quantitative real-time reverse transcription polymerase chain reaction analysis

트리졸(Trizol, Invitrogen)을 이용해서 RNA를 추출하고, 2 ug RNA를 Super Script II (Invitrogen) kit을 이용하여 역전사 및 cDNA를 합성하였다. 본 실시예에 사용된 DNA 프라이머는 Primer3 소프트웨어를 사용해서 디자인하였다. Fast SYBR Green Master Mix (Applied Biosystems, Stockholm, Sweden)를 이용해서 정량적 실시간 역정사 중합 효소 연쇄 반응을 하고, 데이터는 하우스 키핑 유전자인 GAPDH의 발현 정도를 기반으로 표준화하였다. Oct4, Nanog 및 Sox2 유전자에 대한 프라이머는 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 외인성 및 내인성 수준을 확인하였으며, 외인성 수준을 확인하기 위하여, 센다이바이러스에 대한 프라이머를 사용하였다. RNA was extracted using Trizol (Invitrogen), and reverse transcription and cDNA were synthesized with 2 ug RNA using Super Script II (Invitrogen) kit. The DNA primers used in this example were designed using Primer3 software. Using Fast SYBR Green Master Mix (Applied Biosystems, Stockholm, Sweden), a quantitative real-time reverse orthogonal polymerase chain reaction was performed, and the data were standardized based on the expression level of the housekeeping gene GAPDH. Primers for Oct4, Nanog and Sox2 genes are shown in Table 2 below. In addition, exogenous and endogenous levels were confirmed, and primers for Sendai virus were used to confirm the exogenous level.

Gene nameGene name ForwardForward ReverseReverse Oct4Oct4 CGC AAG CCC TCA TTT CACCGC AAG CCC TCA TTT CAC CAT CAC CTC CAC CAC CTGCAT CAC CTC CAC CAC CTG NanogNanog TCC TGA ACC TCA GCT ACA AACTCC TGA ACC TCA GCT ACA AAC GCG TCA CAC CAT TGC TAT TCGCG TCA CAC CAT TGC TAT TC Sox2Sox2 CAT CAC CCA CAG CAA ATG ACCAT CAC CCA CAG CAA ATG AC GAA GTC CAG GAT CTC TCT CAT AAAGAA GTC CAG GAT CTC TCT CAT AAA SeVSeV GGA TCA CTA GGT GAT ATC GAG CGGA TCA CTA GGT GAT ATC GAG C AAC AGA CAA GAG TTT AAG AGA TAT GTA TCAAC AGA CAA GAG TTT AAG AGA TAT GTA TC GAPDHGAPDH AAT CCC ATC ACC ATC TTC CAGAAT CCC ATC ACC ATC TTC CAG ATG ACC CTT TTG GCT CCCATG ACC CTT TTG GCT CCC

도 7의 A에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체가 도입된 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(Islet-MSC)로부터 생성된 역분화 만능 유도세포에서는(hR-iPSC-L1, hR-iPSC-L2) Oct4, Nanog 및 Sox2 발현이 높음을 확인하였다. 또한, 도 7의 B에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체가 도입된 환자 유래 피부 섬유아세포 세포(HDFs)로부터 생성된 역분화 만능 유도세포에서는(hR-iPSC-L1, hR-iPSC-L2) Oct4, Nanog 및 Sox2 발현이 높음을 확인하였다.As shown in Fig. 7A, in dedifferentiated pluripotent induced cells generated from patient-derived pancreatic adult stem cells (Islet-MSC) into which the GO-PEI/mRNA complex of the present invention has been introduced (hR-iPSC-L1, hR- iPSC-L2) It was confirmed that Oct4, Nanog and Sox2 expression were high. In addition, as shown in B of FIG. 7, in dedifferentiated pluripotent induced cells generated from patient-derived skin fibroblast cells (HDFs) into which the GO-PEI/mRNA complex of the present invention has been introduced (hR-iPSC-L1, hR- iPSC-L2) It was confirmed that Oct4, Nanog and Sox2 expression were high.

또한, 내인성과 외인성 3가지 (Oct4, Sox2, Nanog) 유전자 발현을 확인한 결과 역분화 만능 유도세포 자체에서 발현하는 (내인성) 유전자의 발현만 확인되었고, 외부에서 도입시킨 (외인성) 3가지 유전자의 발현은 나타나지 않음을 확인하였다.In addition, as a result of confirming the expression of three genes (Oct4, Sox2, Nanog), both endogenous and exogenous, only the expression of the (endogenous) gene expressed in the dedifferentiated pluripotent inducer itself was confirmed, and the expression of three genes introduced from the outside (exogenous). It was confirmed that did not appear.

<실시예 6> 면역 세포 화학 염색(immunocytochemistry, ICC) 분석<Example 6> Immunocytochemistry (ICC) analysis

본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체를 이용한 역분화 만능 유도세포의 생성을 확인하기 위하여, 센다이 바이러스가 도입-역분화 만능 유도세포와 Yamanaka-역분화 만능 유도세포를 대조군으로 두었다.In order to confirm the generation of dedifferentiated pluripotent induced cells using the GO-PEI/mRNA complex of the present invention, Sendai virus introduced-retrodifferentiated pluripotent induced cells and Yamanaka-dedifferentiated pluripotent induced cells were used as controls.

면역 세포 화학 염색을 위해, 세포는 상온에서 20분 동안 4% 파라포름 알데하이드 (Sigma-Aldrich)로 고정 한 후, PBS로 3회 세척하였다. 세척 후 고정된 세포는 0.1 % Triton X-100으로 15 분간 투과성을 주고, PBS로 3회 세척하였다. 세척 후 세포는 블로킹 용액(10 % 정상 염소 혈청)으로 상온에서 1 시간 동안 세포를 블로킹하였다. 배아줄기세포 특이 마커인 Oct4 와 Nanog 발현을 확인하기 위하여, OCT4 (polyclonal, 1 : 300, Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, USA) 및 NANOG (polyclonal, 1 : 300, Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, USA)의 1 차 항체로 염색 후 1차 항체 검출을 위해 Fluorescently labeled (Alexa Fluor 488 또는 568, Molecular Probes, Eugene, OR, USA) 2 차 항체를 사용함. 세포는 형광 현미경 (Olympus)으로 분석하였다.For immunocytochemical staining, cells were fixed with 4% paraformaldehyde (Sigma-Aldrich) for 20 minutes at room temperature, and then washed three times with PBS. After washing, the fixed cells were permeable for 15 minutes with 0.1% Triton X-100 and washed three times with PBS. After washing, the cells were blocked with a blocking solution (10% normal goat serum) at room temperature for 1 hour. To confirm the expression of Oct4 and Nanog, which are embryonic stem cell-specific markers, OCT4 (polyclonal, 1: 300, Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, USA) and NANOG (polyclonal, 1: 300, Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, USA) after staining with a primary antibody, and a Fluorescently labeled (Alexa Fluor 488 or 568, Molecular Probes, Eugene, OR, USA) secondary antibody was used to detect the primary antibody. Cells were analyzed with a fluorescence microscope (Olympus).

도 8의 A에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체가 도입된 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(Islet-MSC)로부터 생성된 역분화 만능 유도세포에서는(hR-iPSC-L1) 배아줄기세포 특이 마커인 Oct4 와 Nanog이 뚜렷하게 염색됨을 확인하였다.As shown in Fig. 8A, in dedifferentiated pluripotent induced cells generated from patient-derived pancreatic adult stem cells (Islet-MSC) into which the GO-PEI/mRNA complex of the present invention has been introduced (hR-iPSC-L1) embryonic stem It was confirmed that the cell-specific markers Oct4 and Nanog were clearly stained.

또한, 도 8의 B에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 GO-PEI/mRNA 복합체가 도입된 환자 유래 피부 섬유아세포 세포(HDFs)로부터 생성된 역분화 만능 유도세포에서는(hR-iPSC-L1) 배아줄기세포 특이 마커인 Oct4 와 Nanog이 뚜렷하게 염색됨을 확인하였다.In addition, as shown in FIG. 8B, in the dedifferentiated pluripotent induced cells produced from patient-derived skin fibroblast cells (HDFs) into which the GO-PEI/mRNA complex of the present invention was introduced (hR-iPSC-L1) embryonic stem It was confirmed that the cell-specific markers Oct4 and Nanog were clearly stained.

양성 대조군으로서 센다이바이러스 또는 Yamanaka가 도입된 HDFs 및 MSC에서 생성된 역분화 만능 유도세포와 비교해보았을 때, 본 발명의 역분화 만능 유도세포는 상기 양성 대조군과 비교하여 염색 발광 정도가 균일하고, 콜로니의 수가 높음을 확인하였다. When compared with the dedifferentiated pluripotent induced cells generated from HDFs and MSCs into which Sendai virus or Yamanaka was introduced as a positive control, the dedifferentiated pluripotent induced cells of the present invention had a uniform degree of staining luminescence compared to the positive control, and colony It was confirmed that the number was high.

<110> Konkuk University Industrial Cooperation Corp THE ASAN FOUNDATION University of Ulsan Foundation For Industry Cooperation <120> Composition for inducing dedifferentiation for induced pluripotent stem cells <130> PN1810-424 <160> 10 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Oct4 <400> 1 cgcaagccct catttcac 18 <210> 2 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Oct4 <400> 2 catcacctcc accacctg 18 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Nanog <400> 3 tcctgaacct cagctacaaa c 21 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Nanog <400> 4 gcgtcacacc attgctattc 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Sox2 <400> 5 catcacccac agcaaatgac 20 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Sox2 <400> 6 gaagtccagg atctctctca taaa 24 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for SeV <400> 7 ggatcactag gtgatatcga gc 22 <210> 8 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for SeV <400> 8 aacagacaag agtttaagag atatgtatc 29 <210> 9 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for GAPDH <400> 9 aatcccatca ccatcttcca g 21 <210> 10 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for GAPDH <400> 10 atgacccttt tggctccc 18 <110> Konkuk University Industrial Cooperation Corp THE ASAN FOUNDATION University of Ulsan Foundation For Industry Cooperation <120> Composition for inducing dedifferentiation for induced pluripotent stem cells <130> PN1810-424 <160> 10 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Oct4 <400> 1 cgcaagccct catttcac 18 <210> 2 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Oct4 <400> 2 catcacctcc accacctg 18 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Nanog <400> 3 tcctgaacct cagctacaaa c 21 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Nanog <400> 4 gcgtcacacc attgctattc 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for Sox2 <400> 5 catcacccac agcaaatgac 20 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for Sox2 <400> 6 gaagtccagg atctctctca taaa 24 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for SeV <400> 7 ggatcactag gtgatatcga gc 22 <210> 8 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for SeV <400> 8 aacagacaag agtttaagag atatgtatc 29 <210> 9 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for GAPDH <400> 9 aatcccatca ccatcttcca g 21 <210> 10 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for GAPDH <400> 10 atgacccttt tggctccc 18

Claims (10)

그래핀 옥사이드(graphene oxide: GO), 폴리에틸렌이민(polyethylenimine:PEI) 및 목적 유전자를 암호화하는 RNA가 결합되어 형성된 복합체를 포함하는, 역분화 만능 유도세포(induced Pluripotent Stem cells, iPSCs) 유도용 조성물로서 상기 조성물은 환자 유래 피부 섬유아세포(HDFs) 또는 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(mesenchymal stem cell, MSC)에 처리하여 역분화 만능 유도세포를 유도하는 것이며, 상기 목적 유전자는 역분화 만능 유도세포를 유도할 수 있는 다능성(pluripotency) 관련 유전자로서 Nanog 유전자이며, 상기 그래핀 옥사이드 및 폴리에틸렌이민은 RNA와 30 N/P 의 비율로 결합된 것이며, 상기 폴리에틸렌이민은 25kDa인 것이고, 상기 조성물은 목적 유전자를 세포 내로 도입시킬 수 있으나 세포 내 게놈으로 목적 유전자를 삽입시키지 않는 것을 특징으로 하는 조성물. As a composition for inducing pluripotent induced pluripotent cells (iPSCs), comprising a complex formed by combining graphene oxide (GO), polyethylenimine (PEI), and RNA encoding a target gene The composition is to induce dedifferentiation pluripotent induction cells by treatment with patient-derived skin fibroblasts (HDFs) or patient-derived pancreatic adult stem cells (MSC), and the target gene is to induce dedifferentiation pluripotent inducing cells. Nanog gene as a pluripotency-related gene, the graphene oxide and polyethyleneimine are combined with RNA at a ratio of 30 N/P, the polyethyleneimine is 25 kDa, and the composition contains the target gene A composition characterized in that it can be introduced into the cell, but the target gene is not inserted into the genome of the cell. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항의 역분화 만능 유도세포 유도용 조성물로 생성된 역분화 만능 유도세포를 포함하는 세포치료제.A cell therapy product comprising dedifferentiated pluripotent induced cells produced by the composition for inducing dedifferentiated pluripotent induced cells of claim 1. 삭제delete (a) 폴리에틸렌이민(polyethylenimine: PEI) 용액을 그래핀 옥사이드(graphene oxide: GO) 용액에 첨가하여, GO-PEI 복합체를 형성시키는 단계;
(b)Nanog 유전자가 발현되는 세포들에서 total RNA를 분리하는 단계;
(c) 상기 (a) 단계의 GO-PEI 복합체에 상기 (b) 단계의 total RNA를 넣어 GO-PEI-RNA 복합체를 형성시키는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계의 GO-PEI-RNA 복합체를 인간 세포를 제외한 세포에 처리하는 단계;를 포함하는 역분화 만능 유도세포의 제조방법으로 상기 역분화 만능 유도세포의 제조방법은 환자 유래 피부 섬유아세포(HDFs) 또는 환자 유래 췌장 성체 줄기세포(mesenchymal stem cell, MSC)에 처리하여 역분화 만능 유도세포를 유도하는 것인, 역분화 만능 유도세포의 제조방법.
(a) adding a polyethylenimine (PEI) solution to a graphene oxide (GO) solution to form a GO-PEI complex;
(b) separating total RNA from cells in which the Nanog gene is expressed;
(c) forming a GO-PEI-RNA complex by adding the total RNA of step (b) to the GO-PEI complex of step (a); And
(d) treating the GO-PEI-RNA complex of step (c) on cells excluding human cells; a method for producing dedifferentiated pluripotent induced cells, comprising: Skin fibroblasts (HDFs) or patient-derived pancreatic adult stem cells (mesenchymal stem cells, MSCs) to induce dedifferentiated pluripotent inducing cells, a method for producing dedifferentiated pluripotent inducing cells.
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