KR102283508B1 - Composition for Facilitating Osteogenic Differentiation of Stem Cell Spheroids Comprising Bone Morphogenetic Protein-2 As Active Ingredient - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 골형성 단백질-2를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진용 조성물 및 이를 이용한 골분화 촉진 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for promoting bone differentiation of stem cell spheroids containing bone morphogenetic protein-2 as an active ingredient, and a method for promoting bone differentiation using the same.
골수 유래 중간엽 줄기세포는 다중 계통 분화 가능성을 갖는 것으로 알려져 있으며 다양한 치료 목적으로 사용된다. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells are known to have multiple lineage differentiation potential and are used for various therapeutic purposes.
골형성 단백질-2(bone morphogenetic protein-2, BMP-2)는 파괴된 뼈의 재생을 위해 널리 적용되고 있다. 보다 최근에는 BMP-2가 줄기세포의 골분화에 활용되고 있다. BMP-2의 적용은 인 비트로(in vitro) 광물화를 향상시켰다. 또한, 제 2 형 당뇨병은 골수 유래 중간엽 줄기세포의 분화를 저해시킬 수 있다고 보고되었다. BMP-2는 Wnt 신호 전달 경로를 통해 제 2 형 당뇨병 랫트(rats)에서 골수 유래 중간엽 줄기세포의 골형성을 촉진시켰다.Bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) has been widely applied for regeneration of destroyed bones. More recently, BMP-2 has been used for osteogenic differentiation of stem cells. Application of BMP-2 enhanced mineralization in vitro. In addition, it has been reported that
보다 최근에는, 3 차원 인간 골수 유래 중간엽 줄기세포가 골형성 평가를 위해 시험되었다. More recently, three-dimensional human bone marrow-derived mesenchymal stem cells have been tested for osteogenic evaluation.
하지만, BMP-2에 의한 골수 유래 중간엽 줄기세포 스페로이드의 골분화 및 광물화에 대해서는 알려진 바가 거의 없다.However, little is known about bone differentiation and mineralization of bone marrow-derived mesenchymal stem cell spheroids by BMP-2.
본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다.The patents and references mentioned herein are hereby incorporated by reference to the same extent as if each publication were individually and expressly specified by reference.
본 발명자들은 골수 유래 중간엽 줄기세포 스페로이드의 골분화에 골형성 단백질-2(bone morphogenetic protein-2, BMP-2)를 사용할 수 있는지 연구하였고, BMP-2를 골수 유래 중간엽 줄기세포에 처리함으로써 줄기세포 스페로이드의 형태가 잘 유지되었고 BMP-2를 골분화 유도 배지에 첨가할 경우에는 줄기세포 스페로이드의 골분화를 촉진하는 것으로 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. The present inventors studied whether bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) can be used for osteodifferentiation of bone marrow-derived mesenchymal stem cell spheroids, and BMP-2 was treated with bone marrow-derived mesenchymal stem cells. By doing so, the shape of the stem cell spheroids was well maintained, and when BMP-2 was added to the osteodifferentiation induction medium, it was confirmed that the osteogenic differentiation of the stem cell spheroids was promoted, thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 BMP-2를 포함하는 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진용 조성물을 제공하는 것에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids containing BMP-2.
본 발명의 다른 목적은 BMP-2를 줄기세포에 처리하는 단계를 포함하는 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진 방법을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids comprising the step of treating the stem cells with BMP-2.
본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다.Other objects and technical features of the present invention are more particularly set forth by the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 골형성 단백질-2 (bone morphogenetic protein-2)를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 스페로이드(spheroid)의 골분화 촉진용 조성물을 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a composition for promoting bone differentiation of stem cell spheroids comprising bone morphogenetic protein-2 as an active ingredient.
본 발명에서 유효성분인 “골형성 단백질-2”는 파괴된 뼈의 재생을 위해 널리 적용(Fan, J., et al., 2015. Tissue Eng Part A 21: 2053-2065)되고 있고 줄기세포의 골분화에 활용(Lee, Y.H., et al., 2019. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 107(2):286-294)되고 있으며, 인 비트로(in vitro) 광물화를 향상시키는 물질(Wongwitwichot, P., et al., 2017. Adv Med Sci 62: 266-272)로 알려져 있다.In the present invention, the active ingredient "osteogenesis protein-2" is widely applied for regeneration of destroyed bones (Fan, J., et al., 2015. Tissue Eng Part A 21: 2053-2065) and A substance that is used for bone differentiation (Lee, YH, et al., 2019. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 107(2):286-294) and improves mineralization in vitro (Wongwitwichot, P) ., et al., 2017. Adv Med Sci 62: 266-272).
본 발명에서 “줄기세포”는 개체의 모든 조직의 세포로 분화할 수 있는 다능성(多能性, pluripotent)이거나 전능성(全能性, totipotent)이 있는 자가-재생산능(self-renewal)을 갖는 세포를 의미하며, 배아줄기세포, 유도 다능성 줄기세포 및 성체줄기세포를 포함한다.In the present invention, “stem cells” are cells with self-renewal ability that are pluripotent or totipotent capable of differentiating into cells of all tissues of an individual. means, and includes embryonic stem cells, induced pluripotent stem cells and adult stem cells.
상기 용어 “배아줄기세포”는 배아줄기세포는 남성의 생식세포인 정자와 여성의 생식세포인 난자가 결합하여 생성된 수정란에서 유래한다. 그리고 배아줄기세포는 착상 전 배반포기배의 내부 세포괴로부터 획득되며 모든 조직의 세포로 분화할 수 있는 능력을 지녔으나 배양조건만 주어진다면 분화되지 않은 상태로 무한대로 증식이 가능한 아직 분화되지 않은 세포를 말한다. 다시 말해서 특수 분화 배양 환경에서는 원하는 방향으로 세포 분화가 유도되어 신경, 당뇨, 혈액과같은 질환의 세포 치료제로 이용될 수 있어서 한 개의 배아줄기세포주만으로도 수많은 환자의 치료에 이용될 수 있다고 기대되는 만능세포를 의미한다.The term “embryonic stem cell” is derived from a fertilized egg produced by combining sperm, which is a male reproductive cell, and an egg, which is a female reproductive cell. In addition, embryonic stem cells are obtained from the inner cell mass of the blastocyst before implantation, and have the ability to differentiate into cells of any tissue, but if culture conditions are given, they are undifferentiated cells that can proliferate indefinitely in an undifferentiated state. say In other words, pluripotent cells are expected to be used in the treatment of numerous patients with just one embryonic stem cell line, as cell differentiation is induced in a desired direction in a specialized differentiation culture environment and can be used as a cell treatment for diseases such as nerves, diabetes, and blood. means
상기 용어 “유도 다능성 줄기세포”는 분화된 세포들이 인위적인 역분화 과정을 통해 다능성 분화능을 가지도록 유도된 세포들을 일컫는 말로서, 역분화 줄기세포(iPSC: induced pluripotent stem cells)이라고도 한다.The term “induced pluripotent stem cells” refers to cells induced to have pluripotent differentiation capacity through artificial dedifferentiation processes, and is also referred to as induced pluripotent stem cells (iPSCs).
상기 용어 “성체줄기세포”는 인간을 포함한 포유동물의 조직에서 분리해 낸, 분화되기 직전의 원시세포로서, 무한정으로 증식할 수 있는 능력 및 여러 가지 형태의 세포(예를 들면, 지방세포, 연골세포, 근육세포, 뼈세포등)로 분화할 수 있는 줄기세포이다.The term “adult stem cell” is a primitive cell just before differentiation isolated from the tissues of mammals including humans, and has the ability to proliferate indefinitely and various types of cells (eg, adipocytes, cartilage It is a stem cell that can differentiate into cells, muscle cells, bone cells, etc.).
본 발명에서 “세포 스페로이드”는 세포 배양시 세포들이 3차원 형태로 뭉쳐서 형성된 세포의 집합체이다. 최근에는 생체 내와 동등한 기능을 갖는 3차원 세포 조직인 스페로이드(spheroid)의 배양이 주목을 받고 있다. 암을 모사하기 위한 세포 응집(cell aggregation)을 유도하기도 하고, 당뇨 치료를 위한 인슐린의 정상분비를 유도하기 위해서 췌도 세포를 이식함에 있어 응집된 세포를 이식하는 방법 등이 쓰이고 있어 스페로이드의 대량 생산이 요구되고 있다. 또한, 줄기세포 연구가 성숙됨에 따라 배아 줄기세포를 3차원 배양하여 각종 분화 기전의 연구에 응용하기 위한 여러 가지 방법이 시도되고 있다.In the present invention, a “cell spheroid” is an aggregate of cells formed by aggregating cells in a three-dimensional form during cell culture. Recently, the cultivation of spheroids, which are three-dimensional cell tissues having functions equivalent to those in vivo, has attracted attention. In order to induce cell aggregation to mimic cancer, and to induce normal secretion of insulin for the treatment of diabetes, a method of transplanting aggregated cells is used in transplanting islet cells, so mass production of spheroids this is being requested In addition, as stem cell research matures, various methods have been tried to 3D culture embryonic stem cells and apply them to the study of various differentiation mechanisms.
본 발명에서 “분화”는 덜 특화된 세포가 특정한 세포로 발달하여 세포의 크기나 모양, 막전위, 대사활성, 신호에 대한 반응이 특정한 유형의 세포로 변화하는 현상을 의미한다. 상기 분화는 주로 다세포 생물이 단일 접합자(zygote)에서 복잡한 조직을 형성하는 과정 중에 일어나거나, 성인이 되었을 때 손상된 조직을 복구하는 경우 성체줄기세포가 특정한 세포로 분화하게 된다.In the present invention, "differentiation" refers to a phenomenon in which a less specialized cell develops into a specific cell, and the cell size, shape, membrane potential, metabolic activity, and response to a signal change into a specific type of cell. The differentiation mainly occurs during the process of forming a complex tissue in a multicellular organism from a single zygote, or adult stem cells are differentiated into specific cells when the damaged tissue is repaired in adulthood.
발명의 일 구현예에 따르면, 상기 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진용 조성물에는 상기 골형성 단백질-2가 0.0001 내지 500 ng/ml의 함량으로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.0005 내지 300 ng/ml의 함량으로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 100 ng/ml의 함량으로 포함될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.According to one embodiment of the invention, the composition for promoting osteodifferentiation of the stem cell spheroids may contain the osteogenic protein-2 in an amount of 0.0001 to 500 ng/ml, preferably 0.0005 to 300 ng/ml. It may be included in the content, and more preferably, may be included in an amount of 0.001 to 100 ng/ml, but is not limited thereto.
발명의 일 구현예에 따르면, 상기 줄기세포는 배아줄기세포, 성체줄기세포 및 각종 분화 세포를 초기화시킨 유도 다능성 줄기세로(ips 세포)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 성체줄기세포일 수 있고, 더욱 바람직하게는 골수 유래 중간엽 줄기세포일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the stem cells may include, but are not limited to, embryonic stem cells, adult stem cells, and induced pluripotent stem cells (ips cells) in which various differentiated cells are initialized. Preferably, it may be an adult stem cell, and more preferably a bone marrow-derived mesenchymal stem cell.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 골형성 단백질-2를 줄기세포에 처리하는 단계를 포함하는 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids, comprising the step of treating the osteogenic protein-2 to the stem cells.
본 발명의 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진 방법은 줄기세포에 상기 골형성 단백질-2를 처리하는 단계 및 상기 골형성 단백질-2가 처리된 줄기세포를 배양하는 단계를 포함한다.The method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids of the present invention includes treating the osteogenic protein-2 to stem cells and culturing the osteogenic protein-2-treated stem cells.
발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진 방법에서 상기 골형성 단백질-2가 0.0001 내지 500 ng/ml의 함량으로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.0005 내지 300 ng/ml의 함량으로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 100 ng/ml의 함량으로 포함될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.According to one embodiment of the invention, in the method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids of the present invention, the osteogenic protein-2 may be included in an amount of 0.0001 to 500 ng/ml, preferably 0.0005 to 300 ng/ml It may be included in a content of, more preferably, may be included in a content of 0.001 to 100 ng/ml, but is not limited thereto.
발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진 방법에서 상기 줄기세포는 배아줄기세포, 성체줄기세포 및 각종 분화 세포를 초기화시킨 유도 다능성 줄기세로(ips 세포)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 성체줄기세포일 수 있고, 더욱 바람직하게는 골수 유래 중간엽 줄기세포일 수 있다. According to one embodiment of the invention, in the method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids of the present invention, the stem cells include embryonic stem cells, adult stem cells, and induced pluripotent stem cells (ips cells) in which various differentiated cells are initialized. can, but is not limited thereto. Preferably, it may be an adult stem cell, and more preferably a bone marrow-derived mesenchymal stem cell.
발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진 방법에서 상기 줄기세포 스페로이드는 오목한 표면에서 배양하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 아니한다.According to one embodiment of the invention, in the method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids of the present invention, the stem cell spheroids are preferably cultured on a concave surface, but are not limited thereto.
본 발명의 효과 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The effects and advantages of the present invention are summarized as follows:
(i) 본 발명은 줄기세포 스페로이드의 골분화를 촉진시키기 위한 조성물 및 이를 이용한 골분화 촉진 방법에 관한 것이다.(i) The present invention relates to a composition for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids and a method for promoting osteodifferentiation using the same.
(ii) 본 발명의 골형성 단백질-2를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진용 조성물은 줄기세포 스페로이드의 형태를 유지하면서 줄기세포 스페로이드의 골분화를 촉진시키는 효과가 있다.(ii) The composition for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids comprising osteogenic protein-2 of the present invention as an active ingredient has an effect of promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids while maintaining the shape of stem cell spheroids .
(iii) 본 발명의 골분화 촉진용 조성물은 줄기세포 스페로이드의 골분화를 촉진시키고자 할 때 유용하게 이용될 수 있다.(iii) The composition for promoting osteodifferentiation of the present invention can be usefully used to promote osteodifferentiation of stem cell spheroids.
도 1은 본 발명에 따른 줄기세포 스페로이드 배양 및 분석방법에 대한 개략도이다.
도 2는 배양 1, 3, 7, 14 및 21 일자의 줄기세포 스페로이드의 형태를 나타낸다. 스케일바는 200 μm를 나타낸다.
도 3a는 배양 1 일자의 줄기세포 스페로이드의 Live/Dead/Merged 세포 이미지를 나타낸다. 스케일바는 50 μm를 나타낸다.
도 3b는 배양 3 일자의 줄기세포 스페로이드의 Live/Dead/Merged 세포 이미지를 나타낸다. 스케일바는 50 μm를 나타낸다.
도 3c는 배양 5 일자의 줄기세포 스페로이드의 Live/Dead/Merged 세포 이미지를 나타낸다. 스케일바는 50 μm를 나타낸다.
도 3d는 배양 7 일자의 줄기세포 스페로이드의 Live/Dead/Merged 세포 이미지를 나타낸다. 스케일바는 50 μm를 나타낸다.
도 4는 배양 1, 3, 5 및 7 일자의 Cell Counting Kit-8 분석에 의한 세포 생존도를 나타내는 그래프이다.
* 배양 3 일자의 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었다(P < 0.05).
도 5는 배양 14 일자의 알칼리 포스파타제(alkaline phosphatase)의 활성을 나타내는 그래프이다.
* 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었다(P < 0.05).
도 6a는 배양 7, 14 및 21 일자의 알리자린 레드 S(Alizarin Red S) 염색 결과를 현미경으로 관찰한 이미지이며, 스케일바는 200 μm를 나타낸다.
도 6b는 배양 21 일자의 알리자린 레드 S 염색의 정량분석을 나타내는 그래프이다.
* 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었다(P < 0.05).
도 7a는 배양 7 일자의 정량적 중합효소 연쇄반응에 의한 Runx2 발현에 대한 정량분석을 나타내는 그래프이다.
* 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었다(P < 0.05).
도 7b는 배양 7 일자의 정량적 중합효소 연쇄반응에 의한 collagen I(Col1) 발현에 대한 정량분석을 나타내는 그래프이다.
* 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었다(P < 0.05).1 is a schematic diagram of a stem cell spheroid culture and analysis method according to the present invention.
Figure 2 shows the morphology of stem cell spheroids on
Figure 3a shows a Live/Dead/Merged cell image of stem cell spheroids on
Figure 3b shows Live/Dead/Merged cell images of stem cell spheroids on
Figure 3c shows Live/Dead/Merged cell images of stem cell spheroids on
Figure 3d shows Live/Dead/Merged cell images of stem cell spheroids on
4 is a graph showing cell viability by Cell Counting Kit-8 analysis of
* A statistically significant difference was observed compared to the control group on
5 is a graph showing the activity of alkaline phosphatase on the 14th day of culture.
* A statistically significant difference was observed compared to the control group (P < 0.05).
6A is an image of Alizarin Red S staining results observed under a microscope on
6B is a graph showing the quantitative analysis of Alizarin Red S staining on
* A statistically significant difference was observed compared to the control group (P < 0.05).
7A is a graph showing the quantitative analysis of Runx2 expression by quantitative polymerase chain reaction on
* A statistically significant difference was observed compared to the control group (P < 0.05).
Figure 7b is a graph showing the quantitative analysis of collagen I (Col1) expression by the quantitative polymerase chain reaction on the 7th day of culture.
* A statistically significant difference was observed compared to the control group (P < 0.05).
본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다.The specific examples described herein are meant to represent preferred embodiments or examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and other uses of the present invention do not depart from the scope of the invention as set forth in the claims herein.
실시예 Example
실험 재료 및 방법 Experimental materials and methods
1. 골수 유래 중간엽 줄기세포를 사용한 세포 스페로이드 형성 1. Cell spheroid formation using bone marrow-derived mesenchymal stem cells
인간 골수 유래 중간엽 줄기세포(가톨릭 MASTER 세포)를 가톨릭 세포 치료 사업단(CIC, 서울, 한국)에서 입수하였다. 가톨릭 세포 치료 사업단에서 상기 인간 골수 유래 중간엽 줄기세포가 90% 이상 CD73 및 CD90을 발현하는 것으로 확인하였다. 배양 배지를 2일 또는 3일마다 교환하고, 골수 유래 중간엽 줄기세포를 95% O2 및 5% CO2의 37℃ 배양기에서 증식시켰다.Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (Catholic MASTER cells) were obtained from the Catholic Cell Therapy Center (CIC, Seoul, Korea). The Catholic Cell Therapy Project Group confirmed that the human bone marrow-derived mesenchymal stem cells expressed more than 90% of CD73 and CD90. The culture medium was changed every 2 or 3 days, and the bone marrow-derived mesenchymal stem cells were cultured at 37° C. in 95% O 2 and 5% CO 2 . grown in an incubator.
도 1은 본 발명에 따른 줄기세포 스페로이드 배양 및 분석방법의 개요를 보여준다. 줄기세포 스페로이드 형성을 위해, 시판되는 오목한(concave) 마이크로 웰 (H389600, StemFIT 3D; MicroFIT, 성남, 한국)을 사용하였다. 각 웰에 총 1 x 106 개의 세포를 올려놓고 상기 세포의 반응을 평가했다. 본 발명자들은 0, 10 및 100 ng/ml의 미리 결정된 농도로 BMP-2를 골수 유래 중간엽 줄기세포에 처리하였다. 역상 현미경(inverted microscope, Leica DM IRM, Leica Microsystems, Wetzlar, 독일)을 사용하여 줄기세포 스페로이드의 형태학적 특성을 평가하였다. 줄기세포 스페로이드의 형태학적 평가는 배양 1, 3, 7, 14 및 21 일자에 수행되었다.1 shows an overview of the stem cell spheroid culture and analysis method according to the present invention. For stem cell spheroid formation, a commercially available concave micro-well (H389600, StemFIT 3D; MicroFIT, Seongnam, Korea) was used. A total of 1 x 10 6 cells were placed in each well and the response of the cells was evaluated. The present inventors treated bone marrow-derived mesenchymal stem cells with BMP-2 at predetermined concentrations of 0, 10 and 100 ng/ml. Morphological characteristics of stem cell spheroids were evaluated using an inverted microscope (Leica DM IRM, Leica Microsystems, Wetzlar, Germany). Morphological evaluation of stem cell spheroids was performed on
2. 세포 생존도 측정 2. Measurement of Cell Viability
본 발명자들은 골분화 유도 배지에서 줄기세포 스페로이드를 배양하였다.The present inventors cultured stem cell spheroids in an osteodifferentiation induction medium.
본 발명자들은 배양 1, 3, 5 및 7 일자에 줄기세포 스페로이드의 정성분석을 위해, 원형질막 완전성(plasma membrane integrity) 및 에스테라제 활성(esterase activity)를 기반으로 하는, 시판되는 2 색(two-color) 분석키트(Live/Dead Kit assay, Molecular Probes, Eugene, OR, 미국)를 사용하였다. Live/Dead Kit 분석에서는 살아있는 세포는 강하고, 단일한 녹색 형광을 나타내고, 죽은 세포는 적색 형광을 나타낸다. 또한 수용성 테트라졸륨염(tetrazolium salt)을 기반으로 하는, 분석키트(Cell Counting Kit-8, Dojindo, Tokyo, 일본)를 사용하여 정량적 세포 생존도 테스트를 수행하였다.For the qualitative analysis of stem cell spheroids on
3. 알칼리 포스파타제 활성 수준 및 칼슘 침착3. Alkaline phosphatase activity level and calcium deposition
알칼리 포스파타제(alkaline phosphatase) 활성 수준 및 칼슘 침착 평가를 위한 안트라퀴논 염료 분석에 의해 골분화능을 평가하였다. 골분화 유도 배지와 함께 배양 플레이트상에서 성장한 세포 스페로이드를 배양 14 일자에 수득하였다. 알칼리 포스파타제 활성 수준의 평가를 위해 시판되는 키트 (K412-500, BioVision, Inc., Milpitas)를 사용하였다. 배양 7, 14 및 21 일자에 골분화능을 평가하기 위해 칼슘 침착 평가를 위한 안트라퀴논 염료분석법을 사용하였다. 줄기세포 스페로이드를 세척 및 고정 절차 후 실온에서 30 분 동안 알리자린 레드 S(Alizarin Red S)로 염색하였다. 결합된 염료의 정량분석은 21 일자에 수행되었다.Bone differentiation capacity was evaluated by anthraquinone dye assay for evaluation of alkaline phosphatase activity level and calcium deposition. Cell spheroids grown on a culture plate together with an osteodifferentiation induction medium were obtained on
4. 정량적 중합효소 연쇄반응에 의한 Runx2 및 Col1의 평가 4. Evaluation of Runx2 and Col1 by Quantitative Polymerase Chain Reaction
배양 7 일자에 수득한 세포로부터 분리정제 키트(Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA)를 사용하여 총 RNA를 분리하였다. RNA는 SuperiorScript II 역전사 효소 (Invitrogen, Carlsbad, CA, 미국)를 사용하여 역전사를 위한 주형으로 사용되었으며, RNA 양은 260 nm 및 280 nm에서 분광 광도계 (ND-2000, Thermo Fisher Scientific, Inc.) 흡광도의 비율 내에 있다고 결정했다.Total RNA was isolated from the cells obtained on
정량적 중합효소 연쇄반응에 의해 mRNA 발현을 검출하였다. GenBank를 기반으로 센스 및 안티센스 프라이머를 설계했고, 프라이머의 염기서열은 하기 표 1에 기재하였다. 하우스 키핑 유전자(housekeeping gene)로서 β-actin을 적용하여 정규화를 수행하였다.mRNA expression was detected by quantitative polymerase chain reaction. Sense and antisense primers were designed based on GenBank, and the base sequences of the primers are shown in Table 1 below. Normalization was performed by applying β-actin as a housekeeping gene.
명칭primer
designation
5. 통계 분석 5. Statistical Analysis
실험 데이터는 평균 ± 표준 편차로 나타내었다. 정규성 및 분산에 대한 검정을 수행했다. 농도와 시점의 영향을 평가하기 위해 이원 분산 분석을 수행했다. Tukey의 사후 검증(post hoc test)을 포함하는 일원 분산 분석을 적용하여 그룹 간의 차이를 테스트했다(SPSS 12 for Windows, SPSS Inc., Chicago, IL, 미국)(P < 0.05).Experimental data are presented as mean ± standard deviation. Tests for normality and variance were performed. Two-way ANOVA was performed to evaluate the effect of concentration and time point. One-way ANOVA with Tukey's post hoc test was applied to test for differences between groups (SPSS 12 for Windows, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) (P < 0.05).
실험결과Experiment result
1. 인간 골수 유래 중간엽 줄기세포를 이용한 세포 스페로이드의 형성1. Formation of cell spheroids using human bone marrow-derived mesenchymal stem cells
구형의 줄기 세포 응집체가 배양 1일자에 확인되었다(도 2 참조). BMP-2의 첨가에 의한, 골분화 유도 배지에서 배양된 세포 스페로이드의 유의한 형태학적 변화는 관찰되지 않았다. 배양 3, 7, 14 및 21 일자의 세포 스페로이드의 형상은 도 2에 도시되어 있으며, 더 긴 배양시간에서 현저한 변화가 관찰되지 않았다.Spherical stem cell aggregates were identified on
2. 세포 생존도 2. Cell viability
세포 스페로이드의 생존도에 대한 정성적인 결과를 도 3a에 도시된 바와 같이, 배양 1일자에 Live/Dead Kit assay로 분석하였다. 모든 경우에, 세포 스페로이드 내의 대부분의 세포는 세포가 살아있음을 나타내는 녹색 형광을 나타내었다. 더 긴 배양시간에서 현저한 변화가 발견되지 않았다(도 3b 내지 3d 참조).Qualitative results for the viability of cell spheroids were analyzed by Live/Dead Kit assay on
배양 1, 3, 5 및 7 일자의 세포 생존도에 대한 정량적 값은 도 4에 도시되어 있다. 배양 1 일자에 BMP-2를 0, 10 및 100 ng/ml의 농도로 처리한 경우, 450 nm 흡광도 값은 각각 0.247 ± 0.005, 0.241 ± 0.011 및 0.251 ± 0.006으로 나타났다(P > 0.05).Quantitative values for cell viability on
3. 알칼리 포스파타제 활성 수준 및 칼슘 침착3. Alkaline phosphatase activity level and calcium deposition
배양 14 일자의 알칼리 포스파타제 활성 분석결과가 도 5에 도시되어 있다. 배양 14 일자에 BMP-2를 0, 10 및 100 ng/ml의 농도로 처리한 경우, 405 nm 흡광도 값은 각각 0.081 ± 0.001, 0.084 ± 0.007 및 0.103 ± 0.006으로 나타났다. 대조군(0 ng/ml)과 비교했을 때 BMP-2를 100 ng/ml 농도로 처리한 경우 흡광도 값이 유의하게 더 높았다(P < 0.05).The results of analysis of alkaline phosphatase activity on
배양 7, 14 및 21 일자의 광물화 분석결과가 도 6a에 도시되어 있다. 광물화된 세포외 침착물이 각 그룹에서 고르게 관찰되었다. 배양 21 일자의 정량분석 결과는 대조군과 비교했을 때 BMP-2를 100 ng/ml 농도로 처리한 경우, 흡광도 값이 유의하게 더 높았음을 보여 주었다 (P < 0.05)(도 6b 참조).The results of mineralization analysis on
4. 정량적 중합효소 연쇄반응에 의한 Runx24. Runx2 by quantitative polymerase chain reaction 및 Col1의 평가and evaluation of Col1
정량적 중합효소 연쇄반응을 이용하여 mRNA 발현수준을 분석한 결과, 대조군과 비교했을 때 BMP-2를 100 ng/ml 농도로 처리한 경우 Runx2의 mRNA 발현수준이 유의하게 더 높음을 관찰하였다(P < 0.05)(도 7a 참조). BMP-2를 100 ng/ml의 농도로 처리할 경우에서 대조군과 비교했을 때 collagen I(Col1) mRNA 발현에서의 유의한 변화가 나타나지 않았음을 확인하였다(P > 0.05)(도 7b 참조).As a result of analyzing the mRNA expression level using a quantitative polymerase chain reaction, it was observed that the mRNA expression level of Runx2 was significantly higher when BMP-2 was treated at a concentration of 100 ng/ml compared to the control group (P < 0.05) (see Figure 7a). When BMP-2 was treated at a concentration of 100 ng/ml, it was confirmed that there was no significant change in collagen I (Col1) mRNA expression compared to the control group (P > 0.05) (see FIG. 7b ).
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the present invention, for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and it is clear that the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
<110> The Catholic University of Korea Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Composition for Facilitating Osteogenic Differentiation of Stem Cell Spheroids Comprising Bone Morphogenetic Protein-2 As Active Ingredient <130> DPC193736 <160> 6 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward PCR primer for Runx2 gene <400> 1 aatgatggtg ttgacgctga 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse PCR primer for Runx2 gene <400> 2 ttgatacgtg tgggatgtgg 20 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward PCR primer for Col1 gene <400> 3 ccagaagaac tggtacatca gcaa 24 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse PCR primer for Col1 gene <400> 4 cgccatactc gaactggaat c 21 <210> 5 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward PCR primer for beta actin gene <400> 5 tggcacccag cacaatgaa 19 <210> 6 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse PCR primer for beta actin gene <400> 6 ctaagtcata gtccgcctag aagca 25 <110> The Catholic University of Korea Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Composition for Facilitating Osteogenic Differentiation of Stem Cell Spheroids Comprising Bone Morphogenetic Protein-2 As Active Ingredient <130> DPC193736 <160> 6 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward PCR primer for Runx2 gene <400> 1 aatgatggtg ttgacgctga 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse PCR primer for Runx2 gene <400> 2 ttgatacgtg tgggatgtgg 20 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward PCR primer for Col1 gene <400> 3 ccagaagaac tggtacatca gcaa 24 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse PCR primer for Col1 gene <400> 4 cgccatactc gaactggaat c 21 <210> 5 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward PCR primer for beta actin gene <400> 5 tggcacccag cacaatgaa 19 <210> 6 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse PCR primer for beta actin gene <400> 6 ctaagtcata gtccgcctag aagca 25
Claims (7)
골형성 단백질-2를 분리된 줄기세포에 처리하는 단계를 포함하고,
상기 줄기세포는 인간 골수 유래 중간엽 줄기세포이고,
상기 줄기세포 스페로이드는 오목한 표면에서 배양하고,
상기 골형성 단백질-2가 처리된 줄기세포에서 Runx2의 mRNA 발현이 증가하는 것을 특징으로 하는 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진 방법.In the method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids,
Comprising the step of treating the bone morphogenetic protein-2 to the isolated stem cells,
The stem cells are human bone marrow-derived mesenchymal stem cells,
The stem cell spheroids are cultured on a concave surface,
A method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids, characterized in that the mRNA expression of Runx2 is increased in the osteogenic protein-2 treated stem cells.
상기 골형성 단백질-2는 0.0001 내지 500 ng/ml의 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하는 줄기세포 스페로이드의 골분화 촉진 방법.5. The method of claim 4,
The osteogenic protein-2 is a method for promoting osteodifferentiation of stem cell spheroids, characterized in that it is included in an amount of 0.0001 to 500 ng/ml.
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