KR102249366B1 - Nanoparticles for promoting angiogenic growth factors secretion, manufacturing method of conditioned medium using the nanoparticle, the conditioned medium and injection composition comprising the conditioned medium - Google Patents

Nanoparticles for promoting angiogenic growth factors secretion, manufacturing method of conditioned medium using the nanoparticle, the conditioned medium and injection composition comprising the conditioned medium Download PDF

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Abstract

본 발명의 혈관신생 성장인자 분비 촉진용 나노입자, 이를 이용한 조정배지의 제조 방법, 조정배지 및 이를 포함하는 주사제 조성물에서, 본 발명의 나노입자는 pH 민감성(pH sensitve) 분해성 금-철 나노입자이고, 산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 것을 특징으로 한다.In the nanoparticles for promoting the secretion of angiogenic growth factors of the present invention, a method for preparing a conditioned medium using the same, a conditioned medium and an injection composition comprising the same, the nanoparticles of the present invention are pH-sensitve, degradable gold-iron nanoparticles. , Characterized in that it releases iron ions in the acidic pH range.

Description

혈관신생 성장인자 분비 촉진용 나노입자, 이를 이용한 조정배지의 제조 방법, 조정배지 및 이를 포함하는 주사제 조성물{NANOPARTICLES FOR PROMOTING ANGIOGENIC GROWTH FACTORS SECRETION, MANUFACTURING METHOD OF CONDITIONED MEDIUM USING THE NANOPARTICLE, THE CONDITIONED MEDIUM AND INJECTION COMPOSITION COMPRISING THE CONDITIONED MEDIUM}Nanoparticles for promoting the secretion of angiogenic growth factors, manufacturing method of conditioned medium using the same, conditioned medium and injection composition containing the same COMPRISING THE CONDITIONED MEDIUM}

본 발명은 혈관신생 성장인자 분비 촉진용 나노입자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 세포의 혈관신생 성장인자 분비를 촉진하는 나노입자와 이를 이용하여 다량의 혈관신생 성장인자를 포함하는 조정 배지를 제조하는 방법과 이에 의해 제조된 조정 배지, 그리고 이를 포함하는 주사제 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to nanoparticles for promoting the secretion of angiogenic growth factors, and more specifically, to prepare a conditioned medium containing a large amount of angiogenic growth factors using nanoparticles that promote the secretion of angiogenic growth factors of cells. It relates to a method, an conditioned medium prepared thereby, and an injection composition comprising the same.

허혈성 질환은 세계적으로 주된 사망원인 중 하나로, 허혈성 질환에서 일단 발생한 손상을 회복시키는 것은 매우 어려우며, 특히 허혈성 족부 질환의 경우 현재로써는 환부의 외과적 제거 이외에는 뚜렷한 치료 방법이 없으며 재생이 불가능하다. 현재 줄기세포와 성장 인자 등을 환부에 주입하여 허혈성 질환에 수반되는 조직 손상을 최소화하는 방법을 목표로 하고 있으나, 줄기세포를 직접 인체에 이식하는 줄기세포 이식법의 경우, 자가 조직 유래 세포가 아닐 경우, 환부에 세포를 이식할 때 발생하는 다양한 형태의 면역반응은 질환 치료에 부정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 추가적인 체내 손상 및 2차 부작용을 일으킬 위험성이 매우 높다. 또한 이식된 줄기세포가 체내에서 암 조직으로 성장할 가능성 또한 배제할 수 없어 잠재적인 위험성이 존재하여 임상 적용에 한계가 있다. 게다가, 자가 조직 유래 줄기세포를 질환 치료에 사용한다고 하더라도, 줄기세포가 환부에 이식되었을 때, 환부의 비정상적인 미세환경(혈관 부재로 인한 산소, 영양분 공급 저하, 면역반응 등)으로 인해 이식된 대부분의 세포 환부에 생착되지 못하고 짧은 시간 내에 사멸한다. 또한, 기존 줄기세포 이식법은 이러한 낮은 세포 생존율과 생착율을 극복하고 체내 줄기세포 이식 후 치료효과를 보기 위하여 줄기세포를 외부에서 추가 증식시킨 후 대량으로 이식한다. 그러나 이러한 방식은 환자에게 획득할 수 있는 자가 줄기세포의 초기 수득량이 제한적이고, 추가적인 외부 증식 배양과정에서 많은 비용과 시간이 소모되기 때문에, 환자에게 비용면에서 부담을 줌과 동시에 빠른 질환 치료에 걸림돌이 되고 있다.Ischemic disease is one of the major causes of death in the world, and it is very difficult to recover the damage that has occurred once in ischemic disease.In particular, in the case of ischemic foot disease, there is currently no clear treatment method other than surgical removal of the affected area and regeneration is impossible. Currently, stem cells and growth factors are injected into the affected area to minimize tissue damage associated with ischemic disease.However, in the case of stem cell transplantation, which directly transplants stem cells into the human body, in the case of non-autologous tissue-derived cells In addition, the various forms of immune response that occur when cells are transplanted to the affected area have a negative effect on the treatment of the disease, as well as a high risk of additional internal damage and secondary side effects. In addition, the possibility of the transplanted stem cells growing into cancerous tissues in the body cannot be ruled out, and there is a potential risk, which limits its clinical application. In addition, even if autologous tissue-derived stem cells are used for disease treatment, when stem cells are transplanted to the affected area, most of the transplanted stem cells are due to abnormal microenvironment of the affected area (oxygen due to absence of blood vessels, decreased supply of nutrients, immune response, etc.). It cannot engraft into the affected part of the cell and dies within a short time. In addition, the existing stem cell transplantation method is to overcome such low cell viability and engraftment rate, and to obtain a therapeutic effect after stem cell transplantation in the body, stem cells are further proliferated from the outside and then transplanted in large quantities. However, since this method has limited initial yield of autologous stem cells that can be obtained from patients, and consumes a lot of cost and time in the additional external proliferation and culture process, this method puts a burden on the patient in terms of cost and provides rapid disease treatment. It is becoming a stumbling block.

한편, 줄기세포 이식법의 대안으로서, 줄기세포 배양액인 조정배지(conditioned medium)를 환부에 주입함으로써 질환을 치료하는 방식이 제시되었다. 이러한 조정배지 주사법은 줄기세포 배양액을 사용하고, 줄기세포 자체는 사용하지 않기 때문에 줄기세포 직접 주사법에 비해 자가 유래 조직 여부에 따른 면역반응, 줄기세포 주입으로 인한 암 조직 형성, 이식되는 줄기세포의 낮은 생존율 및 생착률에 대한 문제점을 극복할 수 있다. 그러나 기존 배양액의 주사량(부피)에 비하여 줄기세포로부터 분비되는 성장인자의 양이 적어 질환치료 또는 조직재생 효과를 보일 수 있는 성장인자 농도 수치에 근접하기 어려우며, 이에 따라 치료 효과 또한 낮아진다는 단점이 있다.On the other hand, as an alternative to stem cell transplantation, a method of treating diseases by injecting a conditioned medium, which is a stem cell culture medium, into an affected area has been proposed. Since this method of conditioned medium injection uses stem cell culture medium and does not use stem cells itself, the immune response according to the presence of autologous tissue, formation of cancer tissue due to stem cell injection, and low level of transplanted stem cells are compared to the direct stem cell injection method. It is possible to overcome the problems of survival rate and engraftment rate. However, the amount of growth factor secreted from stem cells is small compared to the injection volume (volume) of the existing culture solution, so it is difficult to approach the level of growth factor concentration that can exhibit disease treatment or tissue regeneration effect, and accordingly there is a disadvantage that the treatment effect is also lowered. .

이를 극복하기 위해서는 줄기세포 배양액 단위 부피 당 줄기세포로부터 분비되는 성장인자의 양을 비약적으로 높일 필요가 있으며, 현재 이러한 문제점을 해결하기 위해 줄기세포 내 특정 유전자를 도입시키거나 특수한 세포 배양법 도입, 지속적인 줄기세포 계대 배양을 통한 대량의 성장인자 확보 및 농축 등의 방법이 제시되고 있다. 하지만 세포배양 과정에서 외부 유전자 등을 도입할 경우, 효율적인 유전자 도입을 위해 사용되는 유전자 전달용 합성 고분자 등의 추가 사용으로 실질적인 임상적용 가능 물질이라는 허가를 받기에 많은 장애물이 존재하고, 성장인자 농축 과정 또한 많은 비용과 시간이 추가로 소모되어 효율성이 떨어진다. 특히, 대량의 줄기세포 확보 및 성장인자 확보를 위해서 줄기세포의 배양시간이 증가될 경우 잦은 계대 배양 수 증가로 인해 줄기세포능 저하, 변성, 성장인자 방출량 이상 등 자연스럽게 발생하는 추가 문제점들을 해결하기 어렵다.To overcome this, it is necessary to dramatically increase the amount of growth factors secreted from stem cells per unit volume of stem cell culture medium, and to solve this problem, a specific gene in stem cells is introduced or a special cell culture method is introduced. Methods such as securing and enriching a large amount of growth factors through cell passage culture have been proposed. However, in the case of introducing foreign genes in the cell culture process, there are many obstacles to obtaining approval as a substance that can be practically applied clinically by the additional use of synthetic polymers for gene transfer used for efficient gene introduction, and the growth factor enrichment process In addition, a lot of cost and time are additionally consumed, resulting in a decrease in efficiency. In particular, when the cultivation time of stem cells is increased to secure a large number of stem cells and growth factors, it is difficult to solve additional problems that naturally occur, such as a decrease in stem cell capacity, degeneration, and abnormal growth factor emission due to frequent increase in the number of subcultures. .

따라서, 효과적으로 혈관 재생시킬 수 있는 치료제와 연구기법이 더 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for more therapeutic agents and research techniques that can effectively regenerate blood vessels.

본 발명의 일 목적은 혈관신생 성장인자 분비 촉진용 나노입자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide nanoparticles for promoting the secretion of angiogenic growth factors.

본 발명의 다른 목적은 상기 나노입자를 이용하여 다량의 혈관신생 성장인자를 함유하는 조정 배지의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a conditioned medium containing a large amount of angiogenic growth factors using the nanoparticles.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 나노입자를 이용하여 형성된 다량의 혈관신생 성장인자를 함유하는 조정 배지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a conditioned medium containing a large amount of angiogenic growth factors formed using the nanoparticles.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 조정 배지를 유효성분으로 포함하는 주사제용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for injection comprising the conditioned medium as an active ingredient.

본 발명의 일 목적을 위한 혈관신생 성장인자 분비 촉진용 나노입자는 pH 민감성(pH sensitve) 분해성 금-철 나노입자이고, 산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 것을 특징으로 한다.Nanoparticles for promoting angiogenesis growth factor secretion for an object of the present invention are pH-sensitve, degradable gold-iron nanoparticles, and are characterized in that they release iron ions in an acidic pH range.

일 실시예에서, 상기 산성 pH 범위는 pH 4 내지 pH 5일 수 있다.In one embodiment, the acidic pH range may be from pH 4 to pH 5.

일 실시예에서, 상기 혈관신생 성장인자는 섬유아세포성장인자(Fibroblast growth factor2, FGF2) 및 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor, VEGF) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the angiogenic growth factor may include at least one of fibroblast growth factor 2 (FGF2) and Vascular endothelial growth factor (VEGF).

본 발명의 다른 목적을 위한 조정 배지의 제조 방법은 산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 pH 민감성 분해성 금-철 나노입자를 세포 배양 배지에 첨가하는 단계 및 세포를 배양하는 단계를 포함한다.A method of preparing an conditioned medium for another object of the present invention includes adding pH-sensitive degradable gold-iron nanoparticles that release iron ions in an acidic pH range to a cell culture medium and culturing cells.

일 실시예에서, 상기 금-철 나노입자는 3 μg/ml 이하의 농도로 세포 배양 배지에 첨가할 수 있다.In one embodiment, the gold-iron nanoparticles may be added to the cell culture medium at a concentration of 3 μg/ml or less.

일 실시예에서, 상기 금-철 나노입자는 세포 내로 유입되어 세포의 혈관신생 성장인자 분비를 촉진할 수 있다.In one embodiment, the gold-iron nanoparticles may be introduced into the cell to promote the secretion of angiogenic growth factor of the cell.

이때, 상기 혈관신생 성장인자는 섬유아세포성장인자 및 혈관내피성장인자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In this case, the angiogenic growth factor may include at least one of a fibroblast growth factor and a vascular endothelial growth factor.

일 실시예에서, 상기 세포는 인간 지방유래 줄기세포일 수 있다.In one embodiment, the cells may be human adipose-derived stem cells.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 조정 배지는 산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 pH 민감성 분해성 금-철 나노입자를 포함하는 세포 배양 배지로부터 배양된 세포 배양액을 포함한다.The conditioned medium for another object of the present invention includes a cell culture medium cultured from a cell culture medium containing pH-sensitive degradable gold-iron nanoparticles that release iron ions in an acidic pH range.

본 발명의 이와 다른 목적을 위한 주사제 조성물은 산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 pH 민감성 분해성 금-철 나노입자를 포함하는 세포 배양 배지로부터 배양된 세포 배양액을 포함하는 조정배지를 유효성분으로 포함한다.Injectable compositions for other purposes of the present invention include as an active ingredient a conditioned medium containing a cell culture medium cultured from a cell culture medium containing pH-sensitive degradable gold-iron nanoparticles that release iron ions in an acidic pH range. .

일 실시예에서, 상기 주사제 조성물은 허혈성 질환(ischemic disease)용 주사제 조성물일 수 있다.In one embodiment, the injection composition may be an injection composition for ischemic disease.

본 발명의 혈관신생 성장인자 분비 촉진용 나노입자, 이를 이용한 조정배지의 제조 방법, 조정배지 및 이를 포함하는 주사제 조성물에 따르면, 본 발명은 산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 금-철 나노입자를 제공할 수 있고, 본 발명의 나노입자는 세포 내로 유입되어 세포에서 혈관신생 성장인자 분비를 촉진할 수 있다. 이때, 본 발명의 나노입자는 세포 내포 작용에 의해 세포 내로 유입될 수 있어, 직접적이고 순간적인 과량의 이온이 세포 내부로 유입되어 발생하는 세포 사멸 방지하고, 세포 생존율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 나노입자가 방출하는 철 이온의 영향으로 줄기세포의 혈관신생 성장인자 방출량을 향상시키므로, 세포 배양액(조정배지) 내 고농도의 혈관신생 성장인자가 형성될 수 있고, 이에 따라, 본 발명의 조정배지는 세포 배양 시 투입되는 혈청을 배제하고 단시간 내 혈관신생 성장인자의 분비를 증진시킬 수 있기 때문에 실질적인 질환치료가 가능하다. 이에, 본 발명의 조정배지를 유효성분으로 포함하는 허혈성 질환용 주사제 조성물을 제공할 수 있고, 본 발명의 주사제 조성물은 우수한 효과를 나타낼 수 있다.According to the nanoparticles for promoting the secretion of angiogenic growth factors of the present invention, a method for preparing a conditioned medium using the same, an conditioned medium, and an injection composition comprising the same, the present invention provides gold-iron nanoparticles that release iron ions in an acidic pH range. Provided, the nanoparticles of the present invention can be introduced into the cell to promote the secretion of angiogenesis growth factor in the cell. At this time, the nanoparticles of the present invention can be introduced into the cell by the cell encapsulation function, thereby preventing apoptosis caused by direct and instantaneous introduction of excess ions into the cell, and increasing cell viability. In addition, since the amount of angiogenic growth factor released by stem cells is improved under the influence of the iron ions emitted by the nanoparticles of the present invention, a high concentration of angiogenic growth factor can be formed in the cell culture medium (adjusted medium), and accordingly, the present invention Since the conditioned medium of the present invention excludes serum input during cell culture and can enhance the secretion of angiogenic growth factors within a short period of time, practical disease treatment is possible. Thus, it is possible to provide an injection composition for ischemic diseases comprising the modulated medium of the present invention as an active ingredient, and the injection composition of the present invention can exhibit excellent effects.

도 1은 본 발명의 금-철 나노입자에 의한 세포 혈관신생 성장인자 분비 촉진을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금-철 나노입자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 금-철 나노입자의 TEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 금-철 나노입자의 세포 내 유입 여부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 금-철 나노입자의 세포독성도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 금-철 나노입자 처리 후 인간 지방유래 줄기세포에서 발현되는 혈관신생 성장인자 유전자 발현량을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 하지 허혈 유도 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 금-철 나노입자를 처리한 조정배지를 면역결핍 마우스 하지 허혈 유도 모델에 주사한 4주 후 결과 그래프를 나타낸다.
도 9는 면역결핍 마우스 하지허혈 유도 후 치료 4주차 다리 조직 CD31+ 혈관 정량 및 면역염색 데이터를 나타내는 도면이다.
도 10는 면역결핍 마우스 하지허혈 유도 후 치료 4주차 다리 조직 평활근 알파 액틴(Smooth muscle alpha actin)+ 혈관 정량 및 면역염색 데이터를 나타내는 도면이다.
1 is a schematic diagram for explaining the promotion of secretion of cell angiogenesis growth factor by the gold-iron nanoparticles of the present invention.
2 is a view for explaining a method of manufacturing gold-iron nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a TEM image of the gold-iron nanoparticles of the present invention.
4 is a view for explaining whether the gold-iron nanoparticles of the present invention are introduced into cells.
5 is a view for explaining the cytotoxicity of the gold-iron nanoparticles of the present invention.
6 is a view for explaining the expression level of angiogenic growth factor gene expressed in human adipose-derived stem cells after treatment with gold-iron nanoparticles of the present invention.
7 is a view for explaining the lower extremity ischemia induction model of the present invention.
8 shows a graph of the results 4 weeks after injection of the conditioned medium treated with the gold-iron nanoparticles of the present invention into an immunodeficient mouse lower extremity ischemia induction model.
9 is a diagram showing the quantification and immunostaining data of CD31 + blood vessels in leg tissue at 4 weeks of treatment after induction of lower limb ischemia in immunodeficient mice.
FIG. 10 is a diagram showing smooth muscle alpha actin + blood vessel quantification and immunostaining data at 4 weeks of treatment after induction of lower limb ischemia in immunodeficient mice.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features or steps. It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.

본 발명의 혈관신생 성장인자(angiogenic growth factors) 분비 촉진용 나노입자는 pH 민감성(pH sensitive) 분해성 금-철 나노입자이다.The nanoparticles for promoting the secretion of angiogenic growth factors of the present invention are pH-sensitive and degradable gold-iron nanoparticles.

본 발명의 금-철 나노입자는 pH에 의해 분해 가능한 나노크기의 입자로서, 산성 pH 범위에서 상기 나노입자로부터 철이 이온화되어 철 이온을 방출한다. 이때, 상기 산성 pH 범위는 pH 4 내지 5일 수 있다.The gold-iron nanoparticles of the present invention are nano-sized particles that can be decomposed by pH, and iron is ionized from the nanoparticles in an acidic pH range to release iron ions. In this case, the acidic pH range may be from 4 to 5.

본 발명의 금-철 나노입자는 세포 배양액에 첨가되어 세포의 혈관신생 성장인자 분비를 촉진할 수 있다.The gold-iron nanoparticles of the present invention may be added to a cell culture medium to promote the secretion of angiogenic growth factors of cells.

도 1은 본 발명의 금-철 나노입자에 의한 세포 혈관신생 성장인자 분비 촉진을 설명하기 위한 모식도이다.1 is a schematic diagram for explaining the promotion of secretion of cell angiogenesis growth factor by the gold-iron nanoparticles of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 금-철 나노입자는 나노 단위의 크기를 가지기 때문에 세포 배양액에 투입될 경우, 세포의 내포작용 과정에 의하여 자연스럽게 세포 내부로 유입된다. 내포 작용은 세포가 외부 물질을 내포라는 소낭형성을 통해 세포 내부로 유입시키는 과정으로, 본 발명의 금-철 나노입자는 내포에 갇힌 상태로 이동하게 된다. 이때, 내포의 낮은 pH 환경(pH 4-5)에 의해, 산성 pH 범위에서 분해되는 pH 민감성 분해성 나노입자인 본 발명의 금-철 나노입자로부터 철 이온으로 이온화되고, 철 이온은 내포 외부로 방출되어 세포 내에 제공된다. 세포로 방출된 철 이온은 세포 내 미토콘트리아를 자극하여 혈관신생 성장인자 분비 증진을 유도한다. 즉, 본 발명의 금-철 나노입자에 의해 세포 혈관신생 성장인자 분비능이 향상된다.Referring to FIG. 1, since the gold-iron nanoparticles of the present invention have a size of a nano-unit, when they are added to a cell culture medium, they naturally flow into the cells by the process of inclusion of the cells. Inclusion is a process in which cells introduce foreign substances into cells through the formation of vesicles called inclusions, and the gold-iron nanoparticles of the present invention move in a state trapped in the inclusions. At this time, the gold-iron nanoparticles of the present invention, which are pH-sensitive decomposable nanoparticles that are decomposed in the acidic pH range by the low pH environment (pH 4-5) of the inclusion, are ionized into iron ions, and the iron ions are released to the outside of the inclusion. And provided within the cell. Iron ions released into cells stimulate mitochondria in cells to induce angiogenesis growth factor secretion. That is, the cell angiogenesis growth factor secretion ability is improved by the gold-iron nanoparticles of the present invention.

일반적으로 용액 상태의 금속이온을 일반 세포 및 줄기세포에 직접 처리할 경우, 금속이온을 수용액 자체로 직접 세포에 처리하기 때문에 세포 표면에 존재하는 이온채널을 이용한 세포 내 강제유입 과정에서 비정상적인 대량의 에너지가 소비되어 종국에는 세포의 사멸을 유도할 수 있다. 또한, 순간적으로 유입되는 과량의 금속이온은 세포 내 에너지 생성기관인 미토콘드리아 등의 세포소기관의 손상을 유발하여 추가적인 세포의 사멸을 유도할 수 있다.In general, when metal ions in a solution state are directly treated on normal cells and stem cells, the metal ions are treated directly to the cells by the aqueous solution itself. Is consumed and can eventually lead to cell death. In addition, an excessive amount of metal ions that are introduced instantaneously may induce damage to organelles such as mitochondria, which are energy generating organs in the cell, thereby inducing the death of additional cells.

그러나, 본 발명의 금-철 나노입자의 경우, 상기에서 설명한 바와 같이, 세포 내포 작용을 통해 세포 내부로 유입되기 때문에 세포의 에너지 소모량의 매우 낮고, 정밀한 양의 입자를 내포를 통해 전달함으로써 순간적인 과량의 이온 유입을 방지하여 미토콘드리아와 같은 세포 소기관의 손상을 막아 세포의 사멸을 유도하지 않을 뿐만 아니라, 혈관신생 성장인자 분비 증가 등의 세포거동을 조절할 수 있다. 즉, 본 발명의 금-철 나노입자는 세포에 무해하게 세포 내부로 금속 이온을 제공할 수 있고, 이에 따라 혈관신생 성장인자 분비 증가 등의 세포 거동을 용이하게 조절할 수 있다.However, in the case of the gold-iron nanoparticles of the present invention, as described above, since they are introduced into the cell through the cell encapsulation function, the energy consumption of the cell is very low, and a precise amount of particles is delivered through the encapsulation, thereby instantaneous By preventing excessive ion inflow, it does not induce cell death by preventing damage to organelles such as mitochondria, and it is possible to regulate cell behavior such as increased secretion of angiogenic growth factors. That is, the gold-iron nanoparticles of the present invention can provide metal ions into the cell without being harmless to the cell, and thus can easily control cell behavior such as increased secretion of angiogenic growth factors.

한편, 본 발명의 나노입자에서 금은 전이금속인 철과 비교하여 낮은 pH에서도 안정성을 가져 철 이온과 달리 세포 내로 방출되지 않으며, 내포 내에 잔존하여 본 발명의 나노입자가 세포 내부로 유입되었다는 정량화 근거를 제시함과 동시에 유전자, 약물, 바이오 이미징 등 추가 기능을 부여할 수 있다.On the other hand, in the nanoparticles of the present invention, gold has stability even at a low pH compared to iron, which is a transition metal, so that unlike iron ions, it is not released into cells, and remains in the inner envelope, so that the nanoparticles of the present invention are introduced into the cell. At the same time, it can give additional functions such as genes, drugs, and bio-imaging.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금-철 나노입자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a method of manufacturing gold-iron nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 금-철 나노입자의 제조 방법은 환원제를 첨가한 고분자 용액을 교반하면서, 상기 고분자 용액에 금 전구체 용액 및 철 전구체 용액을 각각 적가하여, 금-철 나노입자를 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 2, in the method for producing gold-iron nanoparticles of the present invention, a gold precursor solution and an iron precursor solution are respectively added dropwise to the polymer solution while stirring the polymer solution to which a reducing agent is added, thereby adding gold-iron nanoparticles. And forming.

이때, 일례로, 상기 고분자 용액은 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP) 용액일 수 있고, 상기 환원제는 소듐 보로하이드라이드(Sodium borohydride, NaBH4)일 수 있다.At this time, as an example, the polymer solution may be a polyvinylpyrrolidone (PVP) solution, and the reducing agent may be sodium borohydride (NaBH 4 ).

상기 고분자 용액을 교반하면서 금 전구체 용액 및 철 전구체 용액을 각각 적가하면, 금 및 철을 포함하는 나노입자가 형성된다. 일례로, 상기 금 전구체는 금(III) 클로라이드 하이드라이트(Gold(III) chloride hydrate, HAuCl4-xH2O)일 수 있고, 철 전구체는 철(III) 클로라이드(Iron(III) chloride, FeCl3)일 수 있다.When a gold precursor solution and an iron precursor solution are added dropwise while stirring the polymer solution, nanoparticles containing gold and iron are formed. For example, the gold precursor may be gold (III) chloride hydrate (Gold (III) chloride hydrate, HAuCl 4 -xH 2 O), and the iron precursor is iron (III) chloride, FeCl 3 ) Can be.

상기 금-철 나노입자를 형성하는 단계에서 형성된 금 및 철을 포함하는 금-철 나노입자는, 상기 용액을 원심분리하여 상기 용액으로부터 분리할 수 있다.The gold-iron nanoparticles including gold and iron formed in the step of forming the gold-iron nanoparticles may be separated from the solution by centrifuging the solution.

이에 대한 보다 상세한 설명은 하기에서 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명하기로 한다.A more detailed description of this will be described in more detail with reference to Examples below.

본 발명의 조정배지 제조 방법은 상기에서 설명한 본 발명의 금-철 나노입자를 세포 배양 배지에 첨가하고, 세포를 배양하는 단계를 포함한다.The method for preparing a conditioned medium of the present invention includes the steps of adding the gold-iron nanoparticles of the present invention described above to a cell culture medium, and culturing the cells.

상기 세포는 줄기세포를 의미할 수 있고, 일례로, 인간 지방유래 중간엽 줄기세포일 수 있다. 줄기세포 배양과정에서 사용되는 세포 배양액은 줄기세포가 분비하는 성장인자가 포함되어 있다. 이때, 본 발명에 따라 금-철 나노입자가 첨가된 세포 배양 배지에서 세포를 배양하는 경우, 상기에서 설명한 것과 같이, 금-철 나노입자가 세포 내포작용에 의해 세포 내로 유입되고, 이때, 내포의 낮은 pH 환경에 의해 나노입자로부터 철 이온이 방출된다. 방출된 철 이온은 세포의 혈관신생 성장인자의 분비를 촉진하고, 이에, 다량의 혈관신생 성장인자를 포함하는 조정배지를 형성할 수 있다. 이때, 상기 형관신생 성장인자는 섬유아세포성장인자(Fibroblast growth factor2, FGF2) 및 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor, VEGF) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.The cells may refer to stem cells, and for example, may be human adipose-derived mesenchymal stem cells. The cell culture medium used in the stem cell culture process contains growth factors secreted by stem cells. At this time, in the case of culturing the cells in the cell culture medium to which the gold-iron nanoparticles are added according to the present invention, as described above, the gold-iron nanoparticles are introduced into the cell by the cell inclusion function. Iron ions are released from the nanoparticles by the low pH environment. The released iron ions promote the secretion of angiogenic growth factors of cells, thereby forming a conditioned medium containing a large amount of angiogenic growth factors. At this time, the neoplastic growth factor includes at least one of fibroblast growth factor 2 (FGF2) and Vascular endothelial growth factor (VEGF).

한편, 상기 금-철 나노입자는 3 μg/ml 이하의 농도로 세포 배양 배지에 첨가할 수 있다. 상기 금-철 나노입자를 세포 배양 배지 단위부피당 3 μg/ml를 초과하여 첨가하는 경우, 세포에 독성을 유발하여 세포를 사멸시킬 수 있다.Meanwhile, the gold-iron nanoparticles may be added to the cell culture medium at a concentration of 3 μg/ml or less. When the gold-iron nanoparticles are added in excess of 3 μg/ml per unit volume of the cell culture medium, toxicity may be caused to cells and thus cells may be killed.

본 발명에 따르면, (줄기)세포의 혈관신생 성장인자 분비를 증가시킬 수 있는 본 발명의 금-철 나노입자를 줄기세포 배양액에 첨가함으로써, 세포 내포 작용에 의해 금속 이온을 세포 내로 제공하기 때문에 세포사멸을 방지할 수 있으면서, 동시에 금-철 나노입자로부터 방출된 철 이온에 의해 줄기세포로부터 혈관신생 성장인자의 분비량을 증진시킬 수 있다. 이에 따라, 줄기세포 조정배지 내 혈관신생 성장인자의 농도를 비약적으로 증진시킬 수 있고, 때문에, 본 발명의 조정배지는 혈관신생이 필요한 질환에 우수한 치료 효과를 나타낼 수 있다.According to the present invention, by adding the gold-iron nanoparticles of the present invention, which can increase the secretion of angiogenic growth factors of (stem) cells, to the stem cell culture medium, metal ions are provided into the cells by cell encapsulation. While it is possible to prevent death, it is possible to increase the secretion amount of angiogenic growth factors from stem cells by iron ions released from gold-iron nanoparticles at the same time. Accordingly, the concentration of angiogenic growth factor in the stem cell conditioned medium can be dramatically increased, and therefore, the conditioned medium of the present invention can exhibit excellent therapeutic effects for diseases requiring angiogenesis.

즉, 본 발명에 따른 조정배지는 줄기세포로부터 혈관신생 성장인자 분비가 증가되어 조정배지 내 다량의 혈관신생 성장인자를 포함하기 때문에, 기존의 줄기세포 이식법이 환부에 이식된 줄기세포의 낮은 생존율 및 생착률, 암 조직 변화 등으로 치료효과 미미하다는 점과 잠재적인 위험성이 있다는 문제 및 이를 극복하기 위한 대안으로 제시된 줄기세포 조정배지 주사법이 조정배지 내 혈관신생 성장인자의 농도 자체가 낮아 실질적인 치료 효과를 보기 어려운 것과 달리, 본 발명의 조정 배지를 통해 실질적인 이를 통해 효과적으로 혈관신생을 유도할 수 있고, 이에 따라, 본 발명에 따른 조정배지를 유효성분으로 하여 허혈성 질환(ischemic disease)을 치료하기 위한 치료제로서 이용할 수 있다. 일례로, 본 발명의 조정배지는 허혈성 질환용 주사제 조성물로서 이용할 수 있다.That is, since the conditioned medium according to the present invention contains a large amount of angiogenic growth factors in the conditioned medium due to increased secretion of angiogenic growth factors from stem cells, the conventional stem cell transplantation method has a low survival rate of stem cells transplanted to the affected area and Stem cell-modulated medium injection, suggested as an alternative to overcome the problem of the treatment effect due to engraftment rate and cancer tissue changes, and potential risks, and the concentration of angiogenic growth factors in the adjusted medium itself is low, resulting in a practical treatment effect. Unlike difficult, it is possible to effectively induce angiogenesis through the conditioned medium of the present invention, and accordingly, the conditioned medium according to the present invention as an active ingredient can be used as a therapeutic agent for treating ischemic disease. I can. For example, the conditioned medium of the present invention can be used as an injection composition for ischemic diseases.

이하에서는, 보다 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 금-철 나노입자와 이를 합성하는 방법, 그리고 본 발명의 금-철 나노입자를 이용한 조정배지 제조 및 이의 허혈성 질환에서의 효과 등에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, for a more specific example, the gold-iron nanoparticles of the present invention, a method of synthesizing the same, and the preparation of a conditioned medium using the gold-iron nanoparticles of the present invention, and effects thereof in ischemic diseases will be described. .

금-철 나노입자의 제조Preparation of gold-iron nanoparticles

(1) 재료(1) material

금(III) 클로라이드 하이드라이트(Gold(III) chloride hydrate, HAuCl4-xH2O, 99.995%), 철(III) 클로라이드(Iron(III) chloride, FeCl3, 98%), 폴리(비닐 피롤리돈)(Poly(vinyl pyrrolidone), PVP, MW = 55,000 Da), 소듐 보로하이드라이드(Sodium borohydride, NaBH4)는 Aldrich 사에서 구매하였고 추가적인 정제 없이 사용하였다. 탈이온수 기반으로 PVP, NaBH4, HAuCl4, FeCl3 용액들 준비하였다.Gold(III) chloride hydrate (HAuCl 4 -xH 2 O, 99.995%), iron (III) chloride (Iron(III) chloride, FeCl 3 , 98%), poly(vinyl pyrroly) Don) (Poly (vinyl pyrrolidone), PVP, MW = 55,000 Da), sodium borohydride (NaBH 4 ) were purchased from Aldrich and used without further purification. PVP, NaBH 4 , HAuCl 4 , FeCl 3 solutions were prepared based on deionized water.

(2) 합성(2) synthesis

본 발명의 일 실시예에 따른 금-철 나노입자를 합성하기 위해, 20 mL 유리 바이알(vial)에 폴리(비닐 피롤리돈)(Poly(vinyl pyrrolidone), PVP, MW = 55,000 Da) 1.11 % (w/v) 9 mL를 준비하고 소듐 하이드록시드(Sodium hydroxide, NaOH, 98%) 0.4 % (w/v) 1 mL를 첨가하였다. 이어서, 금(III) 클로라이드 하이드라이트(HAuCl4) 0.4 % (w/v)와 철(III) 클로라이드(Iron(III) chloride, FeCl3, 98%) 0.2 % (w/v)를 교반상태에서 한 방울씩 각각 총 1 mL을 첨가하였다. 그 다음, 상온에서 15분간 반응시키고 원심분리기(8000 rpm, 15분) 통해 합성된 나노입자를 수득하였다. 합성된 나노입자는 탈이온수(DI water)와 아세톤으로 각각 2회씩 씻어내고 탈이온수에 재분산시켰다.In order to synthesize gold-iron nanoparticles according to an embodiment of the present invention, poly(vinyl pyrrolidone) (Poly(vinyl pyrrolidone), PVP, MW = 55,000 Da) 1.11% ( w/v) 9 mL was prepared, and 1 mL of sodium hydroxide (NaOH, 98%) 0.4% (w/v) was added. Then, gold (III) chloride hydrite (HAuCl 4 ) 0.4% (w/v) and iron (III) chloride (Iron(III) chloride, FeCl 3 , 98%) 0.2% (w/v) were stirred A total of 1 mL each was added dropwise. Then, the reaction was performed at room temperature for 15 minutes, and the synthesized nanoparticles were obtained through a centrifuge (8000 rpm, 15 minutes). The synthesized nanoparticles were washed twice with DI water and acetone, respectively, and redispersed in deionized water.

금-철 나노입자의 TEM 이미지TEM image of gold-iron nanoparticles

투과전자현미경(JEM-1010, JEOL Ltd.)을 이용하여 제조된 본 발명의 금-철 나노입자의 TEM 이미지를 확인하고, 이의 EDS(energy dispersive spectroscopy)를 확인하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다.The TEM image of the gold-iron nanoparticles of the present invention prepared using a transmission electron microscope (JEM-1010, JEOL Ltd.) was confirmed, and its energy dispersive spectroscopy (EDS) was confirmed. The results are shown in FIG. 3.

도 3은 본 발명의 금-철 나노입자의 TEM 이미지를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a TEM image of the gold-iron nanoparticles of the present invention.

도 3의 A는 본 발명의 금-철 나노입자의 TEM 이미지를 나타내고, B는 이의 EDS 분석 결과를 나타낸다.3A shows a TEM image of the gold-iron nanoparticles of the present invention, and B shows the result of EDS analysis thereof.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따라, 금과 철로 이루어진 나노 크기의 금-철 나노입자가 제조되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that nano-sized gold-iron nanoparticles made of gold and iron were prepared according to the present invention.

금-철 나노입자의 세포 내 유입Influx of gold-iron nanoparticles into cells

인간 지방유래 줄기세포 8 X 105 세포/접시(cells/dish)에 금-철 나노입자 3 μg/ml의 농도를 갖는 16 mL 배양액에 인간 지방유래 중간엽 줄기세포를 12시간 배양하고, 카놉스키(Karnovsky's) 고정을 이용하여 4시간 동안 4℃에 방치 후 차가운 0.05 M 카코딜레이트 버퍼(cacodylate buffer)로 세척하였다. 그 다음, 세포를 1% 사산화오스뮴(osmium tetraoxide)에서 4 ℃로 2 시간 동안 고정시키고, 차가운 증류수로 두 번 세척하였다. 이어서, 샘플을 0.5% 우라닐 아세테이트(uranyl acetate)에서 4 ℃에 하룻밤 동안 넣어두었다. 그 다음, 에탄올(30, 50, 70, 80, 90, 95, 100%)을 이용하여 순차적으로 탈수를 하고, 프로필렌 옥사이드(propylene oxide)로 헹군 다음, 스퍼 레진(Spurr's resin)에 70 ℃로 24시간 동안 넣어두었다. 이어서, 100 nm의 굵기를 가진 얇은 부분을 울트라마이크로톰(ultramicrotome) (Leica)을 이용하여 얻고, 200-메쉬(mesh) 구리 그리드에 올려서 투과전자현미경(JEM-1010, JEOL Ltd.)을 이용하여 관찰하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다.Human adipose-derived stem cells were cultured for 12 hours in a 16 mL culture medium having a concentration of 3 μg/ml of gold-iron nanoparticles in 8 X 10 5 cells/dish, and Kanopsky After standing at 4° C. for 4 hours using (Karnovsky's) fixation, it was washed with cold 0.05 M cacodylate buffer. Then, the cells were fixed in 1% osmium tetraoxide at 4° C. for 2 hours, and washed twice with cold distilled water. Subsequently, the sample was placed overnight at 4° C. in 0.5% uranyl acetate. Then, dehydration is sequentially performed using ethanol (30, 50, 70, 80, 90, 95, 100%), rinsed with propylene oxide, and then 24 at 70°C in Spurr's resin. Leave it for hours. Subsequently, a thin portion with a thickness of 100 nm was obtained using an ultramicrotome (Leica), placed on a 200-mesh copper grid, and observed using a transmission electron microscope (JEM-1010, JEOL Ltd.) I did. The results are shown in FIG. 4.

도 4는 본 발명의 금-철 나노입자의 세포 내 유입 여부를 설명하기 위한 도면으로, 금-철 나노입자를 처리한 세포의 TEM 이미지를 나타낸다.FIG. 4 is a diagram for explaining whether gold-iron nanoparticles of the present invention are introduced into cells, and shows a TEM image of cells treated with gold-iron nanoparticles.

도 4를 참조하면, 본 발명의 금-철 나노입자를 첨가한 후 세포 배양 시, 세포 내에 본 발명의 금-철 나노입자가 존재함을 확인할 수 있다(도 4의 중앙 이미지 (붉은색 화살표) 참조). 즉, 본 발명의 금-철 나노입자를 세포와 함께 배양 시, 세포에 금-철 나노입자가 유입되어 세포 내에 나노입자가 존재함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the gold-iron nanoparticles of the present invention are present in the cells when the gold-iron nanoparticles of the present invention are added and then cultured (the center image of FIG. 4 (red arrow)). Reference). That is, when the gold-iron nanoparticles of the present invention are cultivated together with the cells, it can be confirmed that the gold-iron nanoparticles are introduced into the cells and the nanoparticles are present in the cells.

금-철 나노입자의 세포독성도Cytotoxicity of gold-iron nanoparticles

본 발명의 금-철 나노입자의 세포독성도를 확인하기 위해, 1.5 X 104개의 인간 지방유래 중간엽 줄기세포에 금-철 나노입자를 농도별로 처리한 후, 24시간 뒤 세포 독성도를 (Cell counting kit-8, Dojindo Molecular Technologies, Inc., Rockville, MD, USA) 분석 방법으로 확인하였다. CCK-8 분석 방법은 포르마잔 염료(formazan dye)를 이용하여 세포 내 탈수소효소(dehydrogenase) 활성을 보는 방법으로, 살아 있는 세포의 수는 포르마잔 염료의 양에 비례한다.To confirm the cytotoxicity of the gold-iron nanoparticles of the present invention, 1.5 X 10 4 human adipose-derived mesenchymal stem cells were treated with gold-iron nanoparticles by concentration, and then the cytotoxicity was calculated after 24 hours. kit-8, Dojindo Molecular Technologies, Inc., Rockville, MD, USA). The CCK-8 assay is a method of examining intracellular dehydrogenase activity using a formazan dye, and the number of living cells is proportional to the amount of formazan dye.

구체적으로, 다양한 농도의 금-철 합금 나노입자를 24시간 동안 24-웰 플레이트에 성장시킨 세포에 처리하고 PBS로 3회 세척하였다. 그 후 새로운 세포 배양액으로 교체한 뒤, CCK-8 용액을 각각의 웰(well)에 첨가한 후 2시간 동안 인큐베이터에 보관하였다. 이어서, 450 nm에서의 흡광도를 플레이트 리더(plate reader)기로 측정하여 살아 있는 세포의 퍼센트(%)를 측정하고, 이를 통해 세포독성도를 확인하였다. 그 결과를 도 5에 나타낸다.Specifically, gold-iron alloy nanoparticles of various concentrations were treated on cells grown in 24-well plates for 24 hours and washed three times with PBS. Then, after replacing with a new cell culture solution, the CCK-8 solution was added to each well and then stored in an incubator for 2 hours. Subsequently, the absorbance at 450 nm was measured with a plate reader to measure the percentage (%) of living cells, and the cytotoxicity was confirmed through this. The results are shown in FIG. 5.

도 5는 본 발명의 금-철 나노입자의 세포독성도를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the cytotoxicity of the gold-iron nanoparticles of the present invention.

도 5에서, * p 값은 비처리군 대비 < 0.05를 의미한다.In Figure 5, *p value means <0.05 compared to the untreated group.

도 5를 참조하면, 세포 배양액 단위부피 당 3 μg/ml 농도의 금- 철 나노입자를 처리할 때까지는 금-철 나노입자를 처리하지 않은 세포 (0 μg/ml)와 비교하여 통계학적으로 세포 독성도에 차이를 보이지 않음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 금-철 나노입자는 세포 배양액 단위부피 당 3 μg/ml 농도까지 인간 지방유래 줄기세포에서 세포독성도를 나타내지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the cells were statistically compared with cells not treated with gold-iron nanoparticles (0 μg/ml) until treatment with gold-iron nanoparticles at a concentration of 3 μg/ml per unit volume of cell culture solution. It can be seen that there is no difference in toxicity. That is, it can be seen that the gold-iron nanoparticles of the present invention do not exhibit cytotoxicity in human adipose-derived stem cells up to a concentration of 3 μg/ml per unit volume of cell culture medium.

금-철 나노입자의 혈관신생 성장인자 발현Expression of angiogenic growth factors of gold-iron nanoparticles

1.0 X 105개의 인간 지방유래 줄기세포에 최대 3 μg/ml 금-철 나노입자를 처리하여 12시간 동안 배양한 뒤, qRT-PCR(Quantitative real-time polymerase chain reaction)을 통해 혈관신생 성장인자인 섬유아세포성장인자(Fibroblast growth factor2, FGF2)와 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor, VEGF)의 mRNA 발현을 비교하였다.1.0 X 10 5 human adipose-derived stem cells were treated with up to 3 μg/ml gold-iron nanoparticles and incubated for 12 hours, followed by qRT-PCR (Quantitative real-time polymerase chain reaction). The mRNA expressions of Fibroblast growth factor 2 (FGF2) and Vascular endothelial growth factor (VEGF) were compared.

구체적으로, 다양한 농도별로 금-철 나노입자가 처리된 샘플들을 TRIzol 시약(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)을 통해 용해(lysis)하였다. 전체적인 RNA는 클로로포름(chloroform, Sigma, St. Louis, USA)을 통해 추출하며 이소프로판올(isopropanol, Sigma)을 통해 농축시켰다. 상층액을 제거하고 RNA 펠렛(pellet)을 헹군 후 75% (v/v) 에탄올에 헹구고 공기 중에 건조한 다음, 0.1% (v/v) 디에틸 피로카보네이트-처리 수(diethyl pyrocarbonate-treated water, Sigma)에 녹였다.Specifically, samples treated with gold-iron nanoparticles at various concentrations were lysed through a TRIzol reagent (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA). Total RNA was extracted through chloroform (Sigma, St. Louis, USA) and concentrated through isopropanol (Sigma). Remove the supernatant, rinse the RNA pellet, rinse in 75% (v/v) ethanol and dry in air, then 0.1% (v/v) diethyl pyrocarbonate-treated water (Sigma). ).

이어서, qRT-PCR을 하기 위해, SsoAdvancedTM Universal SYBR Green Supermix 키트 (Bio-Rad, Hercules, CA, USA)와 CFX ConnectTM real-time PCR 검출 시스템 (Bio-Rad)을 사용하였다. qRT-PCR을 위한 프라이머(primer)들은 다음과 같다: 인간 GAPDH (forward 5'-GTC GGA GTC AAC GGA TTT GG-3', reverse 5'-GGG TGG AAT CAA TTG GAA CAT-3'), 인간 VEGF (forward 5'-GAG GGC AGA ATC ATC ACG AAG T-3', reverse 5'-CAC CAG GGT CTC GAT TGG AT-3'), 인간 FGF2 (forward 5'-GAC GGC AGA GTT GAC GG-3', reverse 5'-CTC TCT CTT CTG CTT GAA GTT-3'). qRT-PCR 결과는 도 6에 나타낸다.Subsequently, for qRT-PCR, SsoAdvancedTM Universal SYBR Green Supermix kit (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) and CFX ConnectTM real-time PCR detection system (Bio-Rad) were used. Primers for qRT-PCR are as follows: human GAPDH (forward 5'-GTC GGA GTC AAC GGA TTT GG-3', reverse 5'-GGG TGG AAT CAA TTG GAA CAT-3'), human VEGF (forward 5'-GAG GGC AGA ATC ATC ACG AAG T-3', reverse 5'-CAC CAG GGT CTC GAT TGG AT-3'), human FGF2 (forward 5'-GAC GGC AGA GTT GAC GG-3', reverse 5'-CTC TCT CTT CTG CTT GAA GTT-3'). The qRT-PCR results are shown in FIG. 6.

도 6은 본 발명의 금-철 나노입자 처리 후 인간 지방유래 줄기세포에서 발현되는 혈관신생 성장인자 유전자 발현량을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the expression level of angiogenic growth factor gene expressed in human adipose-derived stem cells after treatment with gold-iron nanoparticles of the present invention.

도 6에서, * p 값은 비처리군 대비 < 0.05를 의미한다.In Figure 6, *p value means <0.05 compared to the untreated group.

도 6을 참조하면, 본 발명의 금-철 나노입자 처리 후 인간 지방유래 줄기세포에서 발현되는 혈관신생 성장인자 유전자 발현량이 모두 증가하였으며, 특히, 3 μg/ml 농도의 나노입자를 12시간 처리한 세포 실험군에서 가장 높은 혈관신생 성장인자 유전자 발현이 나타남을 확인할 수 있다.6, after the gold-iron nanoparticle treatment of the present invention, all the expression levels of angiogenic growth factor genes expressed in human adipose-derived stem cells were increased, and in particular, nanoparticles at a concentration of 3 μg/ml were treated for 12 hours. It can be seen that the highest expression of the angiogenic growth factor gene was found in the cell experimental group.

즉, 본 발명의 금-철 나노입자를 첨가하여 배양된 세포에서 혈관신생 성장인자 분비가 촉진됨을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the secretion of angiogenic growth factors is promoted in cells cultured by adding the gold-iron nanoparticles of the present invention.

조정배지 제조Manufacture of adjusted medium

(1) 세포 배양(1) cell culture

Lonza 사(Bazel, Switzerland)에서 인간 지방유래 중간엽 줄기세포 구입하여 사용하였으며, 10% (v/v) 소태아혈청(Fetal bovine serum (FBS), Gibco BRL, Gaithersburg, MD, USA)과 1% (v/v) 페니실린/스트렙토마이신(penicillin/streptomycin, Gibco BRL)이 첨가된 Dulbecco's Modified Eagle Medium (Gibco BRL)의 혼합 용액을 배양액으로 사용하였다. 세포 배양은 37 ℃, 공기 중의 5% (v/v) CO2 함유한 95% 습도유지 환경의 항온 인큐베이터에서 이루어졌고, 세포 배양액은 3일 주기로 교체하였다. 세포 계대수 8 이하의 세포를 실험에 사용하였으며, 계대 수가 8을 넘을 경우 폐기하였다.Human adipose-derived mesenchymal stem cells were purchased and used from Lonza (Bazel, Switzerland), and 10% (v/v) Fetal bovine serum (FBS), Gibco BRL, Gaithersburg, MD, USA) and 1% (v/v) A mixed solution of Dulbecco's Modified Eagle Medium (Gibco BRL) to which penicillin/streptomycin (Gibco BRL) was added was used as a culture solution. Cell culture was carried out in a constant temperature incubator at 37° C. and 95% humidity-maintained environment containing 5% (v/v) CO 2 in air, and the cell culture solution was changed every 3 days. Cells with a cell passage number of 8 or less were used in the experiment, and were discarded when the number of passages exceeded 8.

(2) 조정배지 준비(2) Preparation of adjustment medium

150 mm 세포 배양(cell culture) 접시에 0.8 X 106 개의 인간 지방유래 중간엽 줄기세포를 배양하고, 본 발명의 금-철 나노입자를 3 μg/ml 농도로 포함하는 무혈청 배지 16 mL로 12시간 동안 배양하였다. 조정배지를 수득하기 위해, 무혈청 배양 전 세포는 인산-완충 식염수(Phosphate-buffered saline (PBS), Gibco BRL)를 이용하여 3회 세척한 후 무혈청 배지로 교체하였다. 이후 이틀 간 세포를 배양한 다음, 조정배지를 수거하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 조정배지를 제조하였다. Cultivate 0.8 X 10 6 human adipose-derived mesenchymal stem cells in a 150 mm cell culture dish, and use 16 mL of a serum-free medium containing the gold-iron nanoparticles of the present invention at a concentration of 3 μg/ml. Incubated for hours. In order to obtain a conditioned medium, the cells before serum-free culture were washed three times with phosphate-buffered saline (PBS), Gibco BRL, and then replaced with a serum-free medium. After culturing the cells for two days, the conditioned medium was collected to prepare an conditioned medium according to an embodiment of the present invention.

조정배지의 in vitro 및 in vivo 실험In vitro and in vivo experiments of conditioned medium

본 발명에 따른 조정배지의 주사 주입을 통한 혈관신생을 통한 질환치료 효과를 확인하기 위해, in vitro 및 in vivo 실험을 수행하였다. 본 발명에서 모든 동물실험은 성균관대학교 동물실험 윤리 위원회의 검열을 거쳐 인증된 실험방법으로 진행하였으며, 동물실험 및 동물 사육은 SPF 시설 내에 절차를 준수하여 진행하였다(IACUC 번호 : SKKUIACUC-17-5-3-4).In order to confirm the effect of disease treatment through angiogenesis through injection of the conditioned medium according to the present invention, in vitro and in vivo experiments were performed. In the present invention, all animal experiments were conducted by a certified experimental method after inspection by the Animal Experimental Ethics Committee of Sungkyunkwan University, and animal experiments and animal breeding were carried out in accordance with the procedures in the SPF facility (IACUC number: SKKUIACUC-17-5- 3-4).

(1) 하지허혈 마우스 모델링(1) lower limb ischemia mouse modeling

4주령의 암컷 면역결핍 마우스 (BALB/c-nu, 20-25 g body weight, Orient, Seongnam, Gyeonggi, Korea)를 자일라진(xylazine) (10 mg/kg)와 케타민(ketamine) (100 mg/kg)으로 마취시킨 다음, 넙적다리 동맥과 그 주위 혈관들을 6-0 비단 봉합사(silk suture, AILEE, Busan, Korea)로 단단히 묶었다. 이어서, 외장골동맥과 그 상류 동맥들을 묶은 다음, 외장골동맥의 갈래의 분기점부터 복재정맥과 슬와동맥으로 나뉘어지는 말단까지 절제하여 모델링을 진행하였다. 하지 허혈 유도 모델 정량 분석을 위한 지표는 도 7에 나타낸 것과 같다.Four-week-old female immunodeficient mice (BALB/c-nu, 20-25 g body weight, Orient, Seongnam, Gyeonggi, Korea) were added to xylazine (10 mg/kg) and ketamine (100 mg/kg). kg), and then the femoral artery and surrounding blood vessels were tightly tied with 6-0 silk suture (silk suture, AILEE, Busan, Korea). Subsequently, the external bone artery and its upstream arteries were tied, and then modeled by resecting from the branch point of the external bone artery to the end divided into the saphenous vein and the popliteal artery. The index for quantitative analysis of the lower limb ischemia induction model is as shown in FIG. 7.

도 7은 본 발명의 하지 허혈 유도 모델을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the lower extremity ischemia induction model of the present invention.

도 7에서 좌측 이미지는 다리 구제(limb salvage), 중간 이미지는 발가락 괴사(Toe necrosis), 우측 이미지는 다리 손실(Limb loss)을 나타낸다.In FIG. 7, the left image represents limb salvage, the middle image represents toe necrosis, and the right image represents limb loss.

(2) 하지허혈 모델링 마우스에 대한 처리 및 치료(2) Treatment and treatment of lower limb ischemia modeling mice

동맥절개를 통해 하지허혈 모델링 된 마우스들을 하지허혈 유도 (비처리(No treatment, NT)), 하지허혈 유도 후 조정배지 주사 (일반 조정배지(Normal conditioned medium, NC)), 그리고 본 발명의 금-철 나노입자를 처리한 세포에서 수거한 조정배지 주사 (금-철 나노입자 조정배지(AuFe NPs conditioned medium, AC)) 군으로 설정하였다. 어떠한 처리 없이 하지허혈만 유도된 NT 그룹을 음성 대조군으로 설정하였고, 금-철 나노입자를 처리한 세포로부터 수거한 조정배지와 일반 세포 배양을 통해 수거한 조정배지는 매일 200 ㅅl씩 하지허혈 유도 부위(중앙 대퇴부의 두덩정강근)에 4일 동안 주사하였다. 그 결과를 도 8에 나타낸다.Induction of lower extremity ischemia in mice modeled with lower extremity ischemia through arterial incision (No treatment (NT)), injection of conditioned medium after induction of lower extremity ischemia (Normal conditioned medium (NC)), and gold- It was set as a group of conditioned medium injections (AuFe NPs conditioned medium (AC)) collected from cells treated with iron nanoparticles. The NT group in which only lower extremity ischemia was induced without any treatment was set as a negative control, and conditioned media collected from cells treated with gold-iron nanoparticles and conditioned media collected through normal cell culture induces lower extremity ischemia at 200 µl daily. It was injected for 4 days into the site (cranial tibialis muscle of the central thigh). The results are shown in FIG. 8.

도 8은 본 발명의 금-철 나노입자를 처리한 조정배지를 면역결핍 마우스 하지 허혈 유도 모델에 주사한 4주 후 결과 그래프를 나타낸다.8 shows a graph of the results 4 weeks after injection of the conditioned medium treated with the gold-iron nanoparticles of the present invention into an immunodeficient mouse lower limb ischemia induction model.

도 8에서, NT는 비처리군, NC는 일반 조정배지, AC는 본 발명에 따른 조정배지를 나타낸다.In Fig. 8, NT represents an untreated group, NC represents a general conditioned medium, and AC represents an conditioned medium according to the present invention.

도 8을 참조하면, 금-철 나노입자를 첨가한 조정배지를 주사한 실험군 (AC)에서 기존 조정배지 (나노입자를 사용 없이 수거한 인간 지방유래 줄기세포 배양액, NC) 또는 음성 대조군 (치료를 하지 않은 하지허혈 유도 마우스, NT)에 비해 비약적으로 증가된 외형적 변화를 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 8, in the experimental group (AC) in which the adjusted medium added with gold-iron nanoparticles was injected, the existing conditioned medium (human adipose-derived stem cell culture solution collected without the use of nanoparticles, NC) or a negative control (treatment It can be seen that it shows a remarkably increased appearance change compared to the non-ischemic induction mouse, NT).

즉, 본 발명에 따른 금-철 나노입자의 첨가가 줄기세포의 혈관신생 성장인자 분비를 유도하고, 이에 따라 하지허혈 모델링 마우스에 우수한 효과를 나타내었음을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the addition of the gold-iron nanoparticles according to the present invention induces the secretion of angiogenic growth factors of stem cells, and thus exhibited an excellent effect on lower limb ischemia modeling mice.

(3) 하지허혈 모델링 마우스의 다리 조직 수득 및 조직염색(3) Leg tissue acquisition and tissue staining of lower extremity ischemia modeling mice

하지허혈 모델링 마우스들은 28일차에 마취 후 절차에 맞게 샘플링하였다. 수거된 다리는 O.C.T 컴파운드(optical cutting temperature compound, SciGen Scientific, Gardenas, CA, USA)에 담아 냉동시켰다. 이후 10 μm 두께로 박편시킨 후 샘플을 얻어 다음과 같은 방법으로 염색하였다: 박편들은 anti-CD31 항체 (Abcam, Cambridge, UK)와 anti-SM alpha-actin 항체 (Abcam)로 염색하고, 시각화를 위해 플루오레신 이소티오시아네이트-컨쥬케이션된(fluorescein isothiocyanate-conjugated) 2차 항체 (Jackson Immuno Research Laboratories, West Grove, PA)를 이용하였다. 염색된 조직들은 4,6-디아미디노-2-페닐인돌(4,6-diamidino-2-phenylindole, DAPI)을 통해 염색됐고 형광현미경 (Ti-U, Nikon, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰되었다. 그 결과를 도 9 및 10에 나타낸다,Lower limb ischemia modeling mice were sampled according to the post anesthesia procedure on day 28. The collected legs were frozen in an O.C.T compound (optical cutting temperature compound, SciGen Scientific, Gardenas, CA, USA). After that, samples were obtained and stained by the following method after flakes were sliced to a thickness of 10 μm: The slices were stained with anti-CD31 antibody (Abcam, Cambridge, UK) and anti-SM alpha-actin antibody (Abcam), for visualization. Fluorescein isothiocyanate-conjugated secondary antibody (Jackson Immuno Research Laboratories, West Grove, PA) was used. Stained tissues were stained with 4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) and observed using a fluorescence microscope (Ti-U, Nikon, Tokyo, Japan). Became. The results are shown in Figs. 9 and 10,

도 9는 면역결핍 마우스 하지허혈 유도 후 치료 4주차 다리 조직 CD31+ 혈관 정량 및 면역염색 데이터를 나타내고, 도 10는 면역결핍 마우스 하지허혈 유도 후 치료 4주차 다리 조직 평활근 알파 액틴(Smooth muscle alpha actin)+ 혈관 정량 및 면역염색 데이터를 나타내는 도면이다. FIG. 9 shows leg tissue CD31 + blood vessel quantification and immunostaining data at 4 weeks of treatment after induction of immunodeficiency mouse ischemia, and FIG. 10 shows smooth muscle alpha actin of leg tissue at 4 weeks of treatment after induction of immunodeficiency mouse ischemia. + It is a diagram showing blood vessel quantification and immunostaining data.

도 9 및 10에서 파란색은 세포핵을 나타내고, 초록색은 혈관인자(도 9 및 10에서 각각 CD31 및 평활근 알파 액틴)를 나타낸다.In FIGS. 9 and 10, blue indicates the cell nucleus, and green indicates vascular factors (CD31 and smooth muscle alpha actin, respectively, in FIGS. 9 and 10).

도 9 및 10을 참조하면, 본 발명의 금-철 나노입자를 첨가한 조정배지는 CD31+ 및 평활근 알파 액틴+인 미세혈관이 비교군 (NC) 및 음성 대조군 (NT)에 비해 통계학적으로 유의미하게 증가하였으며, 면역염색 결과에서도 허혈조직에서 발견되는 미세혈관의 개수가 증가한 것을 확인할 수 있다. 이것은 도 8을 참조하여 확인한 바와 일치하는 결과로서, 본 발명의 금-철 나노입자를 첨가함으로써 제조된 조정배지가 기존 조정배지 사용에 비해 혈관신생 효과가 뛰어남을 의미한다.9 and 10, the conditioned medium to which the gold-iron nanoparticles of the present invention were added, CD31 + and smooth muscle alpha actin + phosphorus microvessels were statistically significant compared to the control group (NC) and the negative control group (NT). It can be seen that the number of microvessels found in the ischemic tissue increased from the immunostaining result. This is a result consistent with that confirmed with reference to FIG. 8, and means that the conditioned medium prepared by adding the gold-iron nanoparticles of the present invention has an excellent angiogenic effect compared to the use of the conventional conditioned medium.

따라서, 상기에서 검토한 바에 따르면, 본 발명에 따라 제조된 분해성 금-철 나노입자를 인간 성체 지방유래 줄기세포의 한 종류인 중간엽 줄기세포에 유입시켜, 세포로부터 방출되는 혈관신생 성장인자의 양을 추가적인 외부 유전자, 약물 또는 화합물의 사용 없이 비약적으로 증진시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 금-철 나노입자를 기존 세포 배양법에 접목시켜 세포 배양배지 내 혈관신생 성장인자의 농도가 향상된 배양액(조정배지)을 제조할 수 있으며, 고농도 혈관신생 성장인자 포함하는 본 발명의 조정배지를 주사법을 이용하여 주입하는 경우 마우스 하지허혈 모델에서 혈관신생을 증가됨을 유전자, 단백질 발현을 통한 조직 형성 단계에서 확인할 수 있으며, 최종적인 허혈질환 부위의 손상(자연적 절단)이 크게 완화됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 조정배지는 기존 세포 배양액(조정배지)을 환부에 주입하는 치료법의 성장인자 치료농도 한계 및 비분해성 나노입자의 체내 잔존 문제를 극복하면서 우수한 혈관신생 효과를 나타낼 수 있고, 줄기세포 기반 조정배지의 질환 치료효과 적용 분야에서 효과적으로 적용 가능함을 확인할 수 있다.Therefore, according to the review above, the amount of angiogenic growth factor released from the cells by introducing the degradable gold-iron nanoparticles prepared according to the present invention into mesenchymal stem cells, a type of human adult adipose-derived stem cells. It can be seen that it can be dramatically enhanced without the use of additional external genes, drugs or compounds. In addition, by grafting the gold-iron nanoparticles according to the present invention to the existing cell culture method, a culture medium (adjusted medium) having an improved concentration of angiogenic growth factors in a cell culture medium can be prepared, and the present invention comprising a high concentration angiogenic growth factor It can be seen that angiogenesis is increased in the mouse lower extremity ischemia model in the case of injecting the conditioned medium of ischemia at the stage of tissue formation through gene and protein expression, and that the damage (natural cutting) of the final ischemic disease site is greatly alleviated. I can confirm. That is, the conditioned medium according to the present invention can exhibit excellent angiogenesis effects while overcoming the limitation of the treatment concentration of growth factors and the problem of remaining in the body of non-degradable nanoparticles in the treatment of injecting the existing cell culture medium (the conditioned medium) into the affected area. It can be seen that the cell-based modulated medium can be effectively applied in the field of application of the disease treatment effect.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 pH 민감성 분해성 금-철 나노입자를 세포 배양 배지에 첨가하는 단계; 및
세포를 배양하는 단계를 포함하는,
조정배지의 제조 방법.
Adding pH-sensitive degradable gold-iron nanoparticles that release iron ions in the acidic pH range to the cell culture medium; And
Comprising the step of culturing the cells,
Manufacturing method of conditioned medium.
제4항에 있어서,
상기 금-철 나노입자는 3 μg/ml 이하의 농도로 세포 배양 배지에 첨가하는 것을 특징으로 하는,
조정배지 제조 방법.
The method of claim 4,
The gold-iron nanoparticles are added to the cell culture medium at a concentration of 3 μg/ml or less,
Method of manufacturing conditioned medium.
제4항에 있어서,
상기 금-철 나노입자는 세포 내로 유입되어 세포의 혈관신생 성장인자 분비를 촉진하는 것을 특징으로 하는,
조정배지 제조 방법.
The method of claim 4,
The gold-iron nanoparticles are introduced into the cells to promote the secretion of angiogenic growth factors of the cells,
Method of manufacturing conditioned medium.
제6항에 있어서,
상기 혈관신생 성장인자는 섬유아세포성장인자 및 혈관내피성장인자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
조정배지 제조 방법.
The method of claim 6,
The angiogenic growth factor is characterized in that it comprises at least one of fibroblast growth factor and vascular endothelial growth factor,
Method of manufacturing conditioned medium.
제4항에 있어서,
상기 세포는 인간 지방유래 줄기세포인 것을 특징으로 하는,
조정배지 제조 방법.
The method of claim 4,
The cells are human adipose-derived stem cells, characterized in that,
Method of manufacturing conditioned medium.
산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 pH 민감성 분해성 금-철 나노입자를 포함하는 세포 배양 배지로부터 배양된 세포 배양액을 포함하는,
조정배지.
Comprising a cell culture medium cultured from a cell culture medium containing pH-sensitive degradable gold-iron nanoparticles that release iron ions in an acidic pH range,
Adjustment medium.
산성 pH 범위에서 철 이온을 방출하는 pH 민감성 분해성 금-철 나노입자를 포함하는 세포 배양 배지로부터 배양된 세포 배양액을 포함하는 조정배지를 유효성분으로 포함하는, 허혈성 질환(ischemic disease) 치료용 주사제 조성물.Injectable composition for the treatment of ischemic diseases, comprising as an active ingredient an conditioned medium containing a cell culture medium cultured from a cell culture medium containing pH-sensitive degradable gold-iron nanoparticles that release iron ions in the acidic pH range . 삭제delete
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