KR102304483B1 - 저분자 화합물을 이용한 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법 및 조성물 - Google Patents

저분자 화합물을 이용한 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법 및 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 체세포를 갈색 지방 세포 유사 세포로 전환시키는 직접분화시키는 방법 및 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유전자 도입 없이 저분자성 물질을 이용하여 안전하고 높은 효율로 섬유아세포로부터 화학적 유도 갈색 지방 세포 유사 세포(Chemical induced Brown Adipocyte-like Cell: CiBALC)를 직접분화시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명자들은 저분자성 물질을 포함한 배양액에서 세포를 배양하는 간단한 방법을 통하여 체세포를 갈색 지방 세포 유사 세포로 직접분화하는 기법을 보여줌으로써, 최적의 화합물 조합을 발견하여 직접분화 효율을 높이고, 유전자 조작 없는 자가세포를 이용하므로 더욱 안전한 세포치료제 개발에 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

Description

저분자 화합물을 이용한 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법 및 조성물{Methods and compositions for the direct conversion to brown adipocyte-like cells using low molecular weight compounds}
본 발명은 저분자 화합물을 이용한 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법 및 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유전자 도입 없이 저분자성 물질을 이용하여 안전하고 높은 효율로 체세포로부터 화학적 유도 갈색 지방 세포 유사 세포(Chemical induced Brown Adipocyte-like Cell: CiBALC)를 직접분화시키는 방법에 관한 것이다.
현대의 우리나라는 사회 및 경제적 발전으로 인하여 식생활이 점차 서구화 되어가고, 생활환경 변화에 따른 영양소의 과다 섭취와 신체활동량의 감소로 인한 비만 인구가 점차 증가하고 있는 추세이다. 비만은 에너지 섭취와 소비의 불균형으로 인하여 단순히 몸무게가 증가하는 현상을 넘어 체내에 지방이 과도하게 축적 되는 현상을 의미한다. 특히 비만은 당뇨, 고지혈증, 심혈관계 질환 및 동맥경화증 등, 각종 대사성 질환의 원인이 될 뿐만 아니라, 외형적인 변화로 인한 정신적 스트레스 증가, 우울감의 증가로 삶의 질도 저하시키는 것으로 나타났다.
최근 줄기세포 연구가 발전함에 따라, 중간 분화를 거치지 않고 다양한 계통으로 체세포를 재분화 또는 재프로그램하는 과정에서 시간 및 효과 문제를 줄였을뿐만 아니라 자가 이식을 위한 새로운 길이 열렸다. 갈색 지방 조직(Brown Adipocyte Tissue: BAT)은 대사성 질환을 치료할 수 있는 엄청난 치료 잠재력을 가진 것으로 간주되어 왔다.
한편, 갈색 지방 세포(Brown Adipocyte; BA)는, 백색지방세포와는 반대로, 지방산을 산화 분해하여 그 에너지를 열로서 방출하는 세포이다. 이것은, 갈색 지방 세포가 특이적으로 발현하는 미토콘드리아 내막 단백, UCP1(Uncoupling protein 1) 이, 산화적 인산화를 탈공액시키기 때문이다. 마우스 등 설치류에서는, BA 세포는 견갑골간, 후경부, 종격, 신장 주위 등에 존재한다. 또한, UCP1 넉아웃 마우스의 해석 등으로부터, BA 세포는 비만과 내당능 이상을 억제하는 것이 알려져 있다.
갈색 지방 세포는, 인간에서는 유아기에만 존재하고, 성인에서는 존재하지 않는 것으로 생각되어 왔지만, 2009년이 되어, 성인에서도 쇄골 상부의 피하 조직, 대동맥 주위 등에 갈색 지방 세포가 존재하는 것이 밝혀졌다(비특허문헌 1 ∼ 3). 갈색 지방 세포의 수와 기능에는 큰 개인차가 있고, BMI (체격 지수) 와 공복시 혈당에 역상관한다. 마른 형의 인간에게는 많고, 비만, 당뇨병, 고지혈증의 환자에서는 극단적으로 저하되어 있다. 따라서, 비만, 당뇨병, 고지혈증 등의 질환의 유전적 소인을 해석하고, 환경 요인을 탐색하고, 병의 용태를 해명거나, 혹은 새로운 진단법이나 치료 효과의 판정 등의 기술을 개발하는 데에 있어서, 갈색 지방 세포는 중요한 의의를 가진다. 갈색 지방 세포는 또한, 이들 질환에 대한 새로운 치료약의 개발에도 매우 유익한 것으로 생각된다. 또한 비만, 당뇨병, 고지혈증, 메타볼릭 증후군 등의 환자에게 갈색 지방 세포를 보충할 수 있으면, 이들 질환에 대한 새로운 치료 수단이 될 가능성이 있다.
한편, 세포치료를 위해 필요한 세포를 제작하기 위하여 배아줄기세포(Embryonic stem cells: ESC)나 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell: iPSC)를 이용하는 방법이 많이 연구되었으나, 줄기세포를 이용하여 제작된 세포의 경우 미분화 줄기세포가 포함되어 있을 수 있으며, 미분화 줄기세포가 생체에 이식된 후 테라토마(teratoma)를 형성하여 암을 유발하는 문제가 있다. 따라서 줄기세포에서 분화된 세포를 이용한 세포치료나 줄기세포를 바로 이용하는 줄기세포치료는 현재 망막질환과 같이 매우 제한된 분야에서만 임상적으로 적용되고 있다.
상기의 문제를 해결하기 위한 방법으로써 배아줄기세포나 유도만능줄기 세포(induced pluripotent stem cell: iPSC)와 같은 분화능이 높은 만능줄기세포(pluripotent stem cell)를 이용하지 않고, 분화능이 아주 제한된 중간엽세포(Mesenchymal Stem Cells: MSC)나 분화가 완전히 끝난 체세포(somatic cell)를 원하는 세포로 직접 분화 시키는 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 직접분화를 이용해서 세포치료에 필요한 세포를 바로 만드는 방법은 만능줄기세포를 포함하지 않기 때문에 암 발생가능성이 없을 뿐 아니라, 배아줄기세포를 이용할 때 발생하는 윤리적인 문제에서 자유롭다는 장점이 있다. 또한 체세포를 역분화시켜 iPSC를 만들고 이를 다시 분화시키는 과정에 비해서 시간 및 효율이 훨씬 뛰어나다는 장점이 있다. 무엇보다도 이러한 직접분화의 장점은 타인의 세포를 이용할 때 발생하는 면역거부반응이 없이 환자본인의 세포를 바로 이용하는 자가 세포치료가 가능하다는 점이다.
iPSC를 이용한 세포분화의 경우 생체 발생과정에서 발생하는 여러 단계의 세포분화과정을 모두 거치게 되는 반면, 환자의 체세포나 성체줄기세포(adult stem cell)를 이용하는 직접분화는 최종분화세포에서 발현되는 유전자를 강제 혹은 유도 발현하는 방법을 통해 세포를 분화시키게 되므로 줄기세포 분화 과정에서 만들어지는 중간단계의 세포를 거치지 않는다. 이처럼 분화방법이 단순하다는 직접분화의 특징 때문에 줄기세포를 이용하여 치료제로 사용될 세포를 만드는 방법에 비해 세포분화에 필요한 시간이 적게 걸릴 뿐 아니라, 세포분화에 필요한 비용도 절약할 수 있다. 예를 들어, iPSC를 이용한 갈색 지방 분화를 위해서는 iPSC를 중배엽으로 분화시키고, 지방전구세포를 거쳐 지방세포를 만들어야 하지만, 직접분화방법을 이용하는 경우 체세포를 직접 지방세포로 분화시킬 수 있다.
체세포를 이용한 직접분화를 위해서는 분화시키고자 하는 세포에서 중요한 역할을 수행하면서 그 세포를 특징짓는 마커 유전자들을 선택적으로 발현시켜야 하는데, 상기 마커 유전자들의 발현은 그 세포의 마스터 전사인자에 의해 조절되기 때문에 직접분화를 위해 가장 많이 사용되는 방법은 마스터 전사인자를 강제로 발현시키는 것이다. 예를 들면, 지방세포로의 직접분화는 마스터 전사인자인 PPARy2의 강제 발현에 의해 달성될 수 있다. 하지만 이러한 특정 유전자의 선택적 발현을 위해서는 외부 유전자를 세포 안으로 넣어야 하는데, 이 과정에서 유전자 전달매개체로 사용하는 바이러스의 안정성이 확인되지 않았고, 또한 외부 유전자가 유전체에 삽입되는 과정에서 유전체의 안정성을 저해하여 원하지 않은 부작용을 유래할 가능성이 있다.
이처럼 유전자도입에 의한 직접분화에서 생기는 문제를 해결하기 위한 대안으로서 유전자의 삽입이 아닌 저분자 화합물을 통해 특정 신호전달 또는 후성유전학신호를 조절하여서 특정세포에 특징적인 유전자를 발현시키는 화학적 유도 직접분화법이 연구되고 있다.
저분자 물질을 이용한 직접분화 방법은 앞에서 제시하였던 장점 외에도 저분자 물질의 세포전달 용이성, 결과의 재현성, 분화의 효율성 및 연구범위의 확장성이라는 장점을 가지고 있다. 가장 중요하게 유전자 조작이 없다는 점에서 기존의 다른 세포치료제에 비해 안정성이 높고, 따라서 임상적 목적으로 쉽게 이용이 가능하다. 본 기술은 섬유아세포 같이 완전히 분화가 끝난 체세포를 화학적인 방법을 이용하여 갈색 지방 세포를 바꾸는 방법에 대한 것으로서, 배아줄기세포나 iPSC를 이용해 갈색 지방 세포를 만드는 방법에 비해 간편하고 효율적이다. 또한 이러한 방법으로 만들어진 세포는 암 발생 가능성이 없어서 안정성 측면에서 세포치료제로 사용될 가능성이 높다. 한편 유전자 조작에 의한 직접 분화방법에 비해 유전체의 변형가능성이 적기 때문에 안정성 측면에서 또한 유리한 방법이다. 무엇보다도 이 방법에 의해 제작된 세포를 이식하는 경우 환자의 세포를 이용할 수 있으므로 면역거부반응 없는 세포치료제 개발이 가능하다. 또한 저분자 화합물만을 사용하여 세포의 직접분화를 유도함으로써 기존에 알려진 다른 세포분화 방법에 비해 비용과 시간면에서 효과적이다.
Saito M. et al., Diabetes 58 : 1526, 2009 Cypess A. M. et al., N Eng J Med 360 : 1509, 2009 Van Merken Lichtenbelt W. D. et al., N Engl J Med 360 : 1500, 2009
본 발명은 상기와 같은 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위해 인출된 것으로서, 본 발명자들은 체세포를 바로 갈색 지방 세포 유사 세포로 변화시키기는 방법을 찾고자 예의 노력한 결과, 본 발명의 ALK-5 키나아제 억제제 (ALK-5 kinase inhibitor); 및 cAMP 시그널링 액티베이터 (cAMP signaling activator)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 유효성분으로 포함된 일련의 화학 물질이 체세포의 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화를 유도하기 위해 처리될 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
이에, 본 발명의 목적은 체세포를 ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor) 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)가 유효성분으로 포함된 배지에서 배양하여 갈색 지방 세포 유사 세포로 분화를 유도하는 단계를 포함하는, 저분자성 물질을 이용한 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 체세포를 ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor)가 유효성분으로 포함된 배지에서 배양하여 갈색 지방 세포 유사 세포로 분화를 유도하는 단계를 포함하는, 저분자성 물질을 이용한 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 i) ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor); 또는 ii) ALK-5 키나아제 억제제 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)를 유효성분으로 포함하는, 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포를 유도하는 갈색 지방 세포 유사 세포 직접분화용 배지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법에 의해 분화 유도된 갈색 지방 세포 유사 세포를 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환 치료용 세포치료제를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물을 개체에 직접 주입하여 개체 내에서 직접세포전환이 일어나게 하는, 개체 내 세포의 직접분화를 유도하는 대사성 질환의 예방 또는 치료방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 배지 조성물을 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 배지 조성물을 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 체세포를 ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor); 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)가 유효성분으로 포함된 배지에서 배양하여 갈색 지방 세포 유사 세포로 분화를 유도하는 단계를 포함하는, 저분자성 물질을 이용한 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법을 제공한다.
본 명세서에서, 갈색 지방 세포는 갈색 지방 세포 유사 세포(CiBALCs, chemical induced brown adipocyte like cells)일 수 있으며, 본 발명에 따라 직접분화된 갈색 지방 세포 유사 세포는 갈색 지방 세포 또는 갈색 지방 조직과 비교하여 일부 유전자 발현 또는 대사 과정에서 차이가 있을 수 있다. 본 명세서에서, 용어 “갈색 지방 세포”는 “갈색 지방 세포 유사 세포”와 혼용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 배지는 판히스톤 디아세틸라제 억제제(Panhistone deacetylase inhibitor); 및 Wnt 활성제(Wnt activator)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 유효성분으로 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 ALK-5 키나아제 억제제는 RepSox; SB431452; SB525334; GW788388; SD-208; Galunisertib; LY2157299; EW-7197 ; LY2109761; SB505124; LY364947; K02288; 또는 LDN-212854일 수 있으며, 바람직하게는 Repsox 또는 SB431542일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 cAMP 시그널링 액티베이터는 포스콜린(Forskolin), isoproterenol, NKH477, isoproterenol(Chemical based), PACAP 1-27, 또는 PACAP 1-38(peptide based)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 판히스톤 디아세틸라제 억제제는 발프론산(Valproic acid), Sodium butyrate, 수베로일아닐리드 하이드록삼산(Suberoylanilide hydroxamic acid), 히드록삼산(hydroxamic acid), 사이클릭 테트라펩티드(cyclic tetrapeptide), 뎁시펩티드(depsipeptides), 트리코스타틴 A(Trichostatin A), 보리노스타트(Vorinostat), 벨리노스타트(Belinostat), 파노비노스타트(Panobinostat), 벤즈아마이드(Benzamide), 엔티노스타트(Entinostat), 또는 부틸레이트(butyrate)일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 Wnt 활성제는 Chir99021; 1-azakenpaullone; AZD2858; 3-amino-6-(4-((4-methylpiperazin-1-yl)sulfonyl)phenyl)-N-(pyridin-3-yl)pyrazine-2-carboxamide; BIO((2’Z,3’E)-6-Bromoindirubin-3’-oxime); ARA014418; Indirubin-3’-monoxime; 5-Iodo-indirubin-3’-monoxime; kenpaullone; SB-415286; SB-216763; Maybridge SEW00923SC; (Z)-5-(2,3-Methylenedioxyphenyl)-imidazolidine-2,4-dione; TWS 119; Chir98014; SB415286; Tideglusib; 또는 LY2090314 일 수 있으며, 바람직하게는 Chir99021, BIO, SY2090314, 또는 AZD2858이고, 가장 바람직하게는 AZD2858일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 배양은 4 내지 10일 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 체세포(모세포)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 임의의 체세포를 이용할 수 있다. 상기 분화능 및 자가재생능이 제한된 성체를 구성하는 세포일 수 있으며, 구체적으로 상기 체세포는 개체의 피부, 모발, 지방, 혈액 등을 구성하는 체세포일 수 있다. 예를 들어, 태아기(embryonic period)의 체세포 이외에 성숙한(matured) 체세포, 성인의 체세포를 이용해도 된다. 유도된 갈색 지방 세포 유사 세포를 질병의 치료에 이용하는 경우에는 환자로부터 분리된 체세포를 이용하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 질병에 관여하는 체세포나 질병치료에 관여하는 체세포 등을 이용할 수 있다. 바람직하게는 상기 체세포는 섬유아세포이며, 본 발명에서 섬유아세포는 인간과 마우스, 말, 양, 돼지, 염소, 낙타, 영양, 개, 토끼 등의 동물 유래의 모든 섬유아세포를 포함한다.
또한, 본 발명은 체세포를 ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor)가 유효성분으로 포함된 배지에서 배양하여 갈색 지방 세포 유사 세포로 분화를 유도하는 단계를 포함하는, 저분자성 물질을 이용한 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 i) ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor); 또는 ii) ALK-5 키나아제 억제제 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)를 유효성분으로 포함하는, 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포를 유도하는 갈색 지방 세포 유사 세포 직접분화용 배지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 분화 유도된 갈색 지방 세포 유사 세포를 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환 치료용 세포치료제를 제공한다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 대사성 질환은 비만, 당뇨병, 고지혈증, 고콜레스테롤증, 동맥경화증 및 지방간을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 세포치료제를 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 대사성 질환의 치료 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 세포치료제의 대사성 질환의 치료 용도를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 직접분화용 배지 조성물을 개체에 직접 주입하여 개체 내에서 직접세포전환이 일어나게 하는, 개체 내 세포의 직접전환을 유도하는 대사성 질환의 예방 또는 치료방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 배지 조성물을 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 배지 조성물을 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다.
본 발명자들은 저분자성 물질을 포함한 배양액에서 세포를 배양하는 간단한 방법을 통하여 체세포를 갈색 지방 세포 유사 세포로 직접분화하는 기법을 보여줌으로써, 최적의 화합물 조합을 발견하여 직접분화의 효율을 높이고, 유전자 조작 없는 자가세포를 이용하므로 더욱 안전한 세포치료제 개발에 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
특히, 본 발명에서는 유전물질이 아닌 저분자화합물을 이용함으로써 유전자 변이 가능성을 최소화하고, 전분화능을 가진 세포를 사용하지 않기 때문에 암 발생가능성을 최소화하며, 자가세포를 이용하여 면역거부반응을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 헤마톡실린, 에오신 및 Oil red O 염색 결과를 나타낸 것으로, VCRF(valproic acid, Chir99021, Repsox, 및 Forskolin) 처리 결과 지질방울(빨간색)이 관찰됨을 나타낸 도이다(scale bar = 100μm).
도 2는 갈색 지방 세포 유사 세포의 직접분화에 필요한 최소 성분을 결정하기 위한 실험을 나타낸 것으로, 도 2a 내지 2d는 4가지(valproic acid, AZD2858, Repsox, 및 Forskolin) 중에서 하나를 제외한 3가지 화합물만을 처리한 경우 지질 방울의 축적을 Oil Red O 염색으로 시각화한 결과이다(scale bar = 100μm).
도 3은 갈색 지방 세포 유사 세포로의 기원을 확인하는 계통 추척 실험 과정을 나타낸 도이다.
도 3a는 Fsp1-cre:R26RtdTomato 마우스 교배를 통하여 FSP1-dTomato 자손을 생산하는 과정을 도식적 나타낸 도이다.
도 3b는 Repsox 및 Forskolin 처리시 tdTOMATO 형광 단백질 및 갈색 지방 세포 유사 세포(흰색 화살표로 표시)의 공존을 나타낸 현미경 사진이다.
도 4는 Respox 및 Forskolin 대신, SB431542 및 NKH477을 처리한 경우 화학적 유도된 갈색 지방 세포 유사 세포(CiBALC)의 생성(직접분화)를 확인한 결과이다(scale bar = 100μm).
도 5a는 SB435142를 다양한 농도로 처리하여 CiBALC의 생성을 확인한 결과이다(scale bar = 100μm).
도 5b는 NKH477 5μM에 SB435142를 농도별로 처리하여, CiBALC의 생성을 확인한 결과이다(scale bar = 100μm).
도 5c는 SB435142 10μM에 NKH477을 농도별로 처리하여, CiBALC의 생성을 확인한 결과이다(scale bar = 100μm).
도 6은 SB435142 10μM 및 NKH477 5μM을 처리한 결과 성인 마우스 피부 섬유아세포로부터 CiBALC의 생성을 확인한 결과이다(scale bar = 100μm).
도 7은 마우스 섬유아세포, 마우스 기원 갈색 지방 조직(BAT)와 비교하여 생성된 CiBALC의 글로벌 전사체 분석을 수행한 결과이다.
도 7a는 SB431542 및 SB431542+NKH477 처리로 직접분화된 CiBALC와 BAT의 유전자 발현 패턴을 분석한 결과이다.
도 7b는 섬유아세포, SB431542 및 SB431542+NKH477 처리로 직접분화된 CiBALC, 및 BAT의 유전자 발현 패턴을 분석한 결과이다.
도 7c는 BAT와 CiBALC의 KEGG 데이터베이스 지방 생성 관련 경로의 패턴을 분석한 결과이다.
도 7d는 DAVID Annotated 데이터베이스 관련 상향조절된 지방생성경로의 차이를 분석한 결과이다.
도 8은 섬유아세포 미토콘드리아와 CiBALC 미토콘드리아의 구조를 전자 현미경으로 확인한 결과이다(scale bar = 100μm).
본 발명은 체세포를 ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor); 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)가 유효성분으로 포함된 배지에서 배양하여 갈색 지방 세포 유사 세포로 분화를 유도하는 단계를 포함하는, 저분자성 물질을 이용한 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 체세포를 ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor)가 유효성분으로 포함된 배지에서 배양하여 갈색 지방 세포 유사 세포로 분화를 유도하는 단계를 포함하는, 저분자성 물질을 이용한 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 체세포(모세포)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 임의의 체세포를 이용할 수 있다. 상기 분화능 및 자가재생능이 제한된 성체를 구성하는 세포일 수 있으며, 구체적으로 상기 체세포는 개체의 피부, 모발, 지 방, 혈액 등을 구성하는 체세포일 수 있다. 예를 들어, 태아기(embryonic period)의 체세포 이외에 성숙한(matured) 체세포, 성인의 체세포를 이용해도 된다. 유도 갈색 지방 세포 유사 세포를 질병의 치료에 이용하는 경우에는 환자로부터 분리된 체세포를 이용하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 질병에 관여하는 체세포나 질병치료에 관여하는 체세포 등을 이용할 수 있다. 바람직하게는 상기 체세포는 섬유아세포이며, 본 발명에서 섬유아세포는 인간과 마우스, 말, 양, 돼지, 염소, 낙타, 영양, 개, 토끼 등의 동물 유래의 모든 섬유아세포를 포함한다.
본 발명에 있어서, "ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor)"는 TGF-β 타입 I 리셉터에 결합하여 TGF-β I의 정상적인 신호전달 과정을 방해하는 물질을 의미하며, TGF-β 타입 I(Transforming growth factor-β type I)은 세포증식, 분화 및 다양한 종류의 세포에 다양한 작용을 하는 다기능성 펩타이드로서, 이러한 다기능성은 지방세포형성, 근세포형성, 골세포형성, 상피세포 분화 등 여러 조직의 성장 및 분화에서 중추적인 역할을 한다. 상기 ALK-5 키나아제 억제제 (TGF-β 타입 I 리셉터 억제제)는 RepSox(1,5-Naphthyridine, 2-[3-(6-methyl-2-pyridinyl)-1H-pyrazol-4-yl]); SB525334(6-(2-tert-butyl-4-(6-methylpyridin-2-yl)-1H-imidazol-5-yl)quinoxaline); GW788388(4-(4-(3-(pyridin-2-yl)-1H-pyrazol-4-yl)pyridin-2-yl)-N-(tetrahydro-2H-pyran-4-yl)benzamide); SD-208(2-(5-chloro-2-fluorophenyl)-N-(pyridin-4-yl)pteridin-4-amine); Galunisertib(LY2157299, 4-(2-(6-methylpyridin-2-yl)-5,6-dihydro-4H-pyrrolo[1,2-b]pyrazol-3-yl)quinoline-6-carboxamide); EW-7197(N-(2-fluorophenyl)-5-(6-methyl-2-pyridinyl)-4-[1,2,4]triazolo[1,5-a]pyridin-6-yl-1H-imidazole-2-methanamine); LY2109761(7-(2-morpholinoethoxy)-4-(2-(pyridin-2-yl)-5,6-dihydro-4H-pyrrolo[1,2-b]pyrazol-3-yl)quinoline); SB505124(2-(4-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-2-tert-butyl-1H-imidazol-5-yl)-6-methylpyridine); LY364947(Quinoline, 4-[3-(2-pyridinyl)-1H-pyrazol-4-yl]); SB431542(4-(4-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-5-(pyridin-2-yl)-1H-imidazol-2-yl)benzamide); K02288(3-[(6-Amino-5-(3,4,5-trimethoxyphenyl)-3-pyridinyl]phenol]; 및 LDN-212854(Quinoline, 5-[6-[4-(1-piperazinyl)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl])로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 Repsox 또는 SB431542일 수 있으나, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 배지는 ALK-5 키나아제 억제제를 1μM 내지 50mM, 5μM 내지 50mM, 8μM 내지 40mM 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 Respox는 배지에 0.5 내지 200mM, 1 내지 100mM, 3 내지 30mM, 5 내지 20mM, 8 내지 12mM 포함될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 배지에 10 μM의 Respox를 포함하여 갈색 지방 세포 유사세포로 직접분화 유도하였다.
본 발명에 있어서, 상기 SB431542는 배지에 0.1 내지 200μM, 1 내지 400μM, 3 내지 80μM, 5 내지 80μM, 5 내지 45μM 포함될 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 40μM, 보다 바람직하게는 15 내지 35μM 포함될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 10 내지 40μM의 SB431542를 포함한 배지를 이용하여 갈색 지방 세포 유사 세포의 직접분화를 유도하였으며, 20 내지 30μM 포함 배지에서 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화율이 우수함을 확인하였다.
본 발명에 있어서, “판히스톤 디아세틸라제 억제제(Panhistone deacetylase inhibitor)”는 염증전 신호 과정(proinflammatory signaling pathways)을 억제하는 물질들을 의미하며, 발프론산(Valproic acid), Sodium butyrate, 수베로일아닐리드 하이드록삼산(Suberoylanilide hydroxamic acid), 히드록삼산(hydroxamic acid), 사이클릭 테트라펩티드 (cyclic tetrapeptide), 뎁시펩티드(depsipeptides), 트리코스타틴 A(Trichostatin A), 보리노스타트(Vorinostat), 벨리노스타트(Belinostat), 파노비노스타트(Panobinostat), 벤즈아마이드(Benzamide), 엔티노스타트(Entinostat), 및 부틸레이트(butyrate)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 상기 pan-HDACi는 히스톤으로부터 아세틸 그룹을 제거하는 효소를 억제하는 기능을 수행하는 것이라면 제한되지 아니한다. 상기 판히스톤 디아세틸라제 억제제는 바람직하게는 Valproic Acid일 수 있으나, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 “판히스톤 디아세틸라제 억제제(Panhistone deacetylase inhibitor)”는 0.05 내지 5mM, 0.1 내지 2.5mM, 0.2 내지 1.25mM, 0.3 내지 0.7mM, 또는 0.4 내지 0.6mM로 배지에 포함될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 0.5 mM의 판히스톤 디아세틸라제 억제제를 포함한 배지를 이용하였다.
본 발명에 있어서, “Wnt 활성제(Wnt activator)”는 Wnt 관련 경로를 활성화하는 물질을 의미하며, Wnt/β-카테닌 경로가 다수의 성장 및 발달 과정에 관련된다. 본 발명의 Wnt 활성제의 비제한적인 예로는 Chir99021(6-(2-(4-(2,4-dichlorophenyl)-5-(4-methyl-1H-imidazol-2-yl) pyrimidin-2-ylamino)ethylamino)nicotinonitrile); 1-azakenpaullone(9-Bromo-7,12-dihydro-pyrido[3’,2’:2,3]azepino[4,5-b]indol-6(5H)-one); AZD2858; 3-amino-6-(4-((4-methylpiperazin-1-yl)sulfonyl)phenyl)-N-(pyridin-3-yl)pyrazine-2-carboxamide; BIO((2’Z,3’E)-6-Bromoindirubin-3’-oxime); ARA014418 (N-(4-Methoxybenzyl)-N’-(5-nitro-l,3-thiazol-2-yl)urea); Indirubin-3’-monoxime; 5-Iodo-indirubin-3’-monoxime; kenpaullone (9-Bromo-7,12-dihydroindolo-[3,2-d][1]benzazepin-6(5H)-one); SB-415286(3-[(3-Chloro-4-hydroxyphenyl)amino]-4-(2-nitro-phenyl)-1H-pyrrole-2,5-dione); SB-216763(3-(2,4-Dichlorophenyl)-4-(1-methyl-1H-indol-3-yl)-lHpyrrole-2,5-dione); Maybridge SEW00923SC(2-anilino-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole); (Z)-5-(2,3-Methylenedioxyphenyl)-imidazolidine-2,4-dione; TWS 119(3-(6-(3-aminophenyl)-7H-pyrrolo[2,3-d]pyrimidin-4-yloxy)phenol); Chir98014(N2-(2-(4-(2,4-dichlorophenyl)-5-(1 H-imidazol-1-yl)pyrimidin-2-ylamino)ethyl)-5-nitropyridine-2,6-diamine); SB415286(3-(3-chloro-4-hydroxyphenylamino)-4-(2-nitrophenyl)-1H-pyrrole-2,5-dione); Tideglusib(2-(1-naphthalenyl)-4-(phenylmethyl)); 및 LY2090314(3-imidazo[1,2-a]pyridin-3-yl-4-[1,2,3,4-tetrahydro-2-(1-piperidinylcarbonyl)-pyrrolo[3,2,jk][1，4]benzodiazepin-7-yl])로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 CHIR99021 또는 AZD2858일 수 있으나, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 Wnt 활성제는 CHIR99021일 수 있으며, 상기 화합물은 2 내지 200μM, 0.4 내지 100μM, 1 내지 40μM, 5 내지 40μM, 10 내지 30μM, 15 내지 25μM 농도로 배지에 포함될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 20μM CHIR99021을 포함한 배지를 이용하였다.
본 발명의 Wnt 활성제는 AZD2858 일 수 있으며, 상기 화합물은 0.01 내지 50μM, 0.1 내지 30μM, 0.5 내지 2μM, 또는 0.75 내지 1.25μM 농도로 배지에 포함될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 1μM을 포함한 배지를 이용하였다.
본 발명의 배지는, ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor); 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)를 0.01 내지 20 : 1, 0.05 내지 10 : 1, 0.075 내지 8 : 1, 0.1 내지 7 : 1, 0.5 내지 5 : 1, 0.75 내지 4 : 1, 1 내지 3 : 1, 또는 1.5 내지 2.5 : 1의 농도비로 배지에 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에서는 ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor)인 SB431542 20μM; 및 cAMP 시그널링 액티베이터 (cAMP signaling activator)인 NKH477 10μM을 포함한 배지에서 직접분화된 갈색 지방 세포 유사 세포가 갈색 지방 조직과 높은 유사성을 나타냄을 확인하였다.
본 발명에 있어서, “cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)”는 cAMP 신호를 활성화시키는 물질을 의미한다. 상기 cAMP 시그널링 액티베이터는 포스콜린(Forskolin), isoproterenol, NKH 477 isoprotereno(Chemical based), PACAP 1-27, 및 PACAP 1-38(peptide based)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 포스콜린(Forskolin) 또는 NKH477일 수 있으나, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 cAMP 시그널링 액티베이터는 배지에 1 내지 400μM, 1 내지 200μM, 1 내지 100μM, 또는 1 내지 60μM의 함량으로 포함될 수 있다.
본 발명의 cAMP 시그널링 액티베이터는 Forskolin일 수 있으며, Forskolin은 배지에 1 내지 400μM, 5 내지 200μM, 10 내지 100μM, 20 내지 80μM, 30 내지 70μM, 40 내지 60μM, 또는 45 내지 55μM 포함될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 50μM의 Forskolin을 포함하는 배지를 이용하여 갈색 지방 세포 유사 세포를 직접분화 유도하였다.
본 발명의 cAMP 시그널링 액티베이터는 NKH477일 수 있으며, NKH477는 배지에 0.5 내지 300μM, 1 내지 150μM, 2 내지 100μM, 3 내지 50μM, 또는 4 내지 40μM 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 5 내지 30μM NKH477을 포함하는 배지를 이용하여 갈색 지방 세포 유사 세포를 직접분화 유도하였다.
상기 배지에 포함된 성분 함량(농도)은 마우스 유래 체세포인 경우에 적용되며, 인간 등 체세포의 유래가 다른 경우에는 세포의 성질 등에 따라 성분 농도가 적절히 변경될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 배지는 판히스톤 디아세틸라제 억제제(Panhistone deacetylase inhibitor); Wnt 활성제(Wnt activator); 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 배지는 ALK-5 키나아제만을 포함하거나, ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor); 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 배지는 추가로 판히스톤 디아세틸라제 억제제(Panhistone deacetylase inhibitor); 및/또는 Wnt 활성제(Wnt activator)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 ALK-5 키나아제 억제제인 SB431542만을 처리한 경우에도 ALK-5 키나아제 및 cAMP 시그널링 활성제를 병용한 경우와 유사한 수준의 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 효과를 나타냄을 확인하였다(도 5a).
본 발명의 다른 실시예에서는, ALK-5 키나아제 억제제나 cAMP 시그널링 활성제인 Repsox 또는 Forskolin을 처리하지 않는 경우 지방으로 유도 효율성이 현저히 감소되는 것을 확인한 것을 바탕으로, TGF β 신호전달 및 cAMP 신호 전달이 지방 세포로의 유도에 필수적이면서, 효과를 증대시키는 것을 확인하였다.
본 발명의 다른 실시예에서는, Wnt 활성제인 AZD2858가 없는 조건에서도, 지방세포 직접분화가 관찰되는 바, 본 발명의 배지는 바람직하게는 Wnt 활성제를 포함하지 않는 것일 수 있다.
상기 배양은 4 내지 10일 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 용어 “배지”는 당업계에 알려진 기본 배지를 제한 없이 사용할 수 있다. 기본 배지는 인위적으로 합성하여 제조할 수 있으며, 상업적으로 제조된 배지를 사용할 수도 있다. 상업적으로 제조되는 배지의 예를 들면, DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM(Minimal Essential Medium), BME(Basal Medium Eagle), RPMI 1640, F-10, F-12, α-MEM(α-Minimal essential Medium), G-MEM(Glasgow's Minimal Essential Medium) 및 Isocove's Modified Dulbecco's Medium 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, DMEM 배지일 수 있다.
상기 체세포를 배양하는 배양액은 당해 분야에서 섬유아세포 배양에 통상적으로 사용되는 배지 배양액를 모두 포함한다. 배양에 사용되는 배양액은 일반적으로 탄소원, 질소원 및 미량원소 성분을 포함한다.
본 발명의 실시예에서는, 다양한 분화 유도 물질 등 저분자성 물질 중에서 보다 효율적으로 갈색 지방 세포 유사 세포를 유도할 것으로 예상되는 4종의 저분자성 물질을 선별하였으며, 선별된 저분자성 물질을 통하여 직접분화를 시도한 결과 4종의 저분자성 물질 처리를 통하여 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화를 관찰하였으며, 이러한 방법으로 유사 갈색 지방 세포 유사 세포를 유도하였을 때 매우 높은 수율로 직접분화됨을 확인하였다(실시예 2 내지 9 참조).
또한, 본 발명은
i) ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor); 또는
ii) ALK-5 키나아제 억제제 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)를 유효성분으로 포함하는, 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포를 유도하는 갈색 지방 세포 유사 세포 직접분화용 배지 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 판히스톤 디아세틸라제 억제제(Panhistone deacetylase inhibitor); cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator); 및 Wnt 활성제(Wnt activator)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 더 포함되는 것일 수 있다.
본 발명에서는 저분자성 물질을 이용하여 체세포를 갈색 지방 세포 유사 세포로 직접분화하였다. 이에, 기존의 기술이 가진 많은 문제점들을 극복함으로써, 환자를 위한 세포치료제로 활용 가능성이 매우 높다.
따라서, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 갈색 지방 세포 유사 세포를 유효성분으로 포함하는 대사성 질환의 치료용 세포치료제에 관한 것이다.
본 발명의 갈색 지방 세포는 갈색 지방 세포 유사 세포(CiBALCs, chemical induced brown adipocyte like cells)일 수 있으며, 갈색 지방 세포 유사 세포는 갈색 지방 세포 또는 조직과 비교하여 일부 유전자 발현 또는 대사 과정에서 차이가 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 갈색 지방 세포 유사 세포는 갈색 지방 조직(BAT)과 비교하여, Acs11, Echdc1, Plin2, Ac1y, Lifr, 및 Sfrp4 유전자가 고발현된다(도 7 참조).
본 발명에서 치료 대상인 “대사성 질환”은 비만, 당뇨병, 고지혈증, 고콜레스테롤증, 동맥경화증 및 지방간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 용어 "세포치료제(cellular therapeutic agent)"란, 인간으로부터 분리, 배양 및 특수한 조작을 통해 제조된 세포 및 조직으로 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품(미국 FDA 규정)으로서, 세포 혹은 조직의 기능을 복원시키기 위하여 살아있는 자가, 동종, 또는 이종세포를 체외에서 증식 선별하거나 다른 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 이러한 세포가 질병의 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품을 의미한다.
본 발명에서 용어, “치료”는 질환의 발생 또는 재발 억제, 증상의 완화, 질병의 직접 또는 간접적인 병리학적 결과의 감소, 질병 진행 속도의 감소, 질병 상태의 개선, 호전, 완화 또는 개선된 예후를 의미한다.
본 발명의 세포치료제 조성물의 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여 투여될 수 있다. 비경구 투여, 예를 들어, 복강 내 투여, 정맥 내 투여, 근육 내 투여, 피하 투여, 피내 투여될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 조성물은 세포 치료에 일반적으로 사용되는 약제학적 담체와 함께 적합한 형태로 제형화될 수 있다. “약학적으로 허용되는”이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 위장 장애, 현기증 등과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 조성물을 말한다. 약학적으로 허용되는 담체로는 예를 들면, 물, 적합한 오일, 식염수, 수성 글루코스 및 글리콜 등과 같은 비경구 투여용 담체 등이 있으며 안정화제 및 보존제를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 안정화제로는 아황산수소나트륨, 아황산나트륨 또는 아스코르브산과 같은 항산화제가 있다. 적합한 보존제로는 벤즈알코늄 클로라이드, 메틸- 또는 프로필-파라벤 및 클로로부탄올이 있다. 그 밖의 약학적으로 허용되는 담체로는 다음의 문헌에 기재되어 있는 것을 참고로 할 수 있다(Remington's Pharmaceutical Sciences, 19th ed., Mack Publishing Company, Easton, PA, 1995).
또한, 상기 조성물은 세포치료제가 표적 세포로 이동할 수 있는 임의의 장치에 의해 투여될 수도 있다.
본 발명의 세포치료제 조성물은 질환의 치료를 위하여 치료학적으로 유효한 양의 세포치료제를 포함할 수 있다. “치료학적으로 유효한 양 (therapeutically effective amount)”은 연구자, 수의사, 의사 또는 기타 임상에 의해 생각되는 조직계, 동물 또는 인간에서 생물학적 또는 의학적 반응을 유도하는 유효 성분 또는 약학적 조성물의 양을 의미하는 것으로, 이는 치료되는 질환 또는 장애의 증상의 완화를 유도하는 양을 포함한다.
본 발명의 조성물에 포함되는 세포치료제는 원하는 효과에 따라 변화될 것임은 당업자에게 자명하다. 그러므로 최적의 세포치료제 함량은 당업자에 의해 쉽게 결정될 수 있으며, 질환의 종류, 질환의 중증도, 조성물에 함유된 다른 성분의 함량, 제형의 종류, 및 환자의 연령, 체중, 일반 건강 상태, 성별 및 식이, 투여 시간, 투여 경로 및 조성물의 분비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 비롯한 다양한 인자에 따라 조절될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 포함하는 것이 중요하다. 예컨대, 본 발명의 줄기세포의 1일 투여량은 1.0×104 내지 1.0×1011 세포/kg 체중, 바람직하게는 1.0×105 내지 1.0×109 세포/kg 체중을 1회 또는 수회로 나누어 투여할 수 있다. 그러나, 유효성분의 실제 투여량은 치료하고자 하는 질환, 질환의 중증도, 투여경로, 환자의 체중, 연령 및 성별 등의 여러 관련 인자에 비추어 결정되어야하는 것으로 이해되어야 하며, 따라서, 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 치료방법에서 본 발명의 세포치료제를 유효성분으로 포함하는 조성물은 직장, 정맥내(intravenous therapy, i.v), 동맥내, 복강내, 근육내, 흉골내, 경피, 국소, 안구내 또는 피내 경로를 통해 통상적인 방식으로 투여할 수 있다.
본 발명은 포유동물에게 치료학적으로 유효한 양의 본 발명의 상기 세포치료제 조성물을 투여하는 것을 포함하는 치료방법을 제공한다. 여기에서 사용된 용어 포유동물은 치료, 관찰 또는 실험의 대상인 포유동물을 말하며, 바람직하게는 인간을 말한다.
또한, 본 발명은 상기 세포치료제를 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 대사성 질환의 치료 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 세포치료제의 대사성 질환의 치료 용도를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 직접분화용 배지 조성물을 개체에 직접 주입하여 개체 내에서 직접세포전환이 일어나게 하는, 개체 내 세포의 직접분화를 유도하는 대사성 질환의 예방 또는 치료방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, “개체”란 질병의 치료를 필요로 하여 본 발명의 조성물이 투여될 수 있는 대상을 의미하고, 보다 구체적으로는, 인간 또는 비-인간인 영장류, 생쥐(mouse), 개, 고양이, 말, 및 소 등의 포유동물을 의미하며, 인간을 제외한 포유동물일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 배지 조성물을 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 배지 조성물을 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다.
본 발명에서 조성물은 사용목적 내지 양상에 따라 함량은 크게 제한되지 않으며, 예를 들면 조성물 총 중량을 기준으로 0.01~99 중량%, 바람직하게는 0.5~50 중량%, 더 바람직하게는 1~30 중량%일수 있다. 또한, 본 발명에 따른 약학 조성물은 유효성분 외에 약학적으로 허용가능한 담체, 부형제 또는 희석제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 약학적으로 허용 가능한 담체는 제제시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 사이클로덱스트린, 덱스트로즈 용액, 말토덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올, 리포좀 등을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액 등 다른 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 또한, 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제, 윤활제 등을 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립, 또는 정제로 제제화할 수 있다. 적합한 약학적으로 허용되는 담체 및 제제화에 관해서는 레밍턴의 문헌에 개시되어 있는 방법을 이용하여 각 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 제형에 특별한 제한은 없으나 주사제, 흡입제, 피부 외용제, 또는 경구 섭취제 등으로 제제화할 수 있다.
또한, 비경구적으로 투여하는 경우 본 발명의 약학적 조성물은 적합한 비경구용 담체와 함께 당 업계에 공지된 방법에 따라 제형화될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함될 수 있다. 비수성용제, 현탁용제로는 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 폴리에틸렌글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 그밖의 약학적으로 허용되는 담체로는 다음의 문헌에 기재되어 있는 것을 참고로 할 수 있다(Remington's Pharmaceutical Sciences, 19th ed., 1995, Mack Publishing Company, Easton, PA).
본 발명의 약학적 조성물은 목적하는 방법에 따라 경구 투여하거나 비경구투여(예를 들어, 정맥 내, 피하, 피부, 비강, 기도, 근육내 주사 또는 흉부내 주사 주입 방식 등에 적용)할 수 있으며, 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 시간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여한다. 본 발명에 있어서, "약학적으로 유효한 양"은 의학적 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분한 양을 의미하며, 유효용량 수준은 환자의 질환의 종류, 중증도, 약물의 활성, 약물에 대한 민감도, 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있으며, 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기한 요소들을 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하며, 이는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 조성물의 유효량은 환자의 나이, 성별, 체중에 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로는 체중 1 kg 당 0.001 내지 150 mg, 바람직하게는 0.01 내지 100 mg을 매일 또는 격일 투여하거나 1일 1 내지 3회로 나누어 투여할 수 있다. 그러나 투여 경로, 비만의 중증도, 성별, 체중, 연령 등에 따라서 증감될 수 있으므로 상기 투여량이 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 식품 조성물은 건강기능성 식품 조성물을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어, "개선"이란, 치료되는 상태와 관련된 파라미터, 예를 들면 증상의 정도를 적어도 감소시키는 모든 행위를 의미한다.
본 발명의 건강기능성 식품 조성물에서 유효성분을 식품에 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효 성분의 혼합량은 그의 사용 목적(예방 또는 개선용)에 따라 적합하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 식품 또는 음료의 제조 시에 본 발명의 조성물은 원료에 대하여 15 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하의 양으로 첨가된다. 그러나 건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강 조절을 목적으로 하는 장기간의 섭취의 경우에는 상기 양은 상기 범위 이하일 수 있다.
본 발명의 건강기능성 식품 조성물은 지시된 비율로 필수 성분으로서 상기 유효성분을 함유하는 것 외에 다른 성분에는 특별한 제한이 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어, 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 슈크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상술한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 당업자의 선택에 의해 적절하게 결정될 수 있다.
상기 외에 본 발명의 건강기능성식품 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율 또한 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 실험 준비 및 실험 방법
1-1. 동물실험 (세포 분리 및 배양)
마우스 배아 섬유아세포(Mouse embryonic fibroblasts, MEF)는 배아기 13.5일째 C57BL.6 마우스 배아로부터 분리하였다. 머리, 척수 및 내부 장기를 조심스럽게 제거하여 신경능선세포(neural crest cells)의 오염 가능성을 제거하였다. 0.25 % 트립신-EDTA(GIBCO)로 조직의 나머지 부분을 절단하고, 트립신 처리하여 단일 세포 현탁액을 제조하였다. 이어서 10 % FBS, 1 % 페니실린 및 스트렙토마이신(Welgene)이 첨가된 고-글루코스 DMEM(Welgene)에서 배양되었다. 혈통 추적 실험을 위하여, FSP-Cre 마우스를 R26RtdTomato 마우스(Jackson laboratories)와 교배시켜 MEF에서 tdTomato를 특이적으로 발현하는 섬유아세포를 갖는 마우스를 생산하였다. MEF를 상기와 유사한 과정으로 동정하였다.
1-2. 화학적으로 유도된 갈색 지방 세포 유사 세포( CiBALCs , chemical-induced brown adipocyte -like cells)
MEFs 및 마우스 피부 섬유 아세포를 1 플레이트 당 60,000 세포의 밀도로 플레이트당 60,000 세포의 밀도로 35 mm 플레이트(실온에서 2 시간 동안 1 : 100 Matrigel(BD Biosciences, NJ, USA)로 미리 코팅됨)에 씨딩하고 VCRF 또는 RF 화합물 조합을 포함하는 Muscle reprogramming 배지(knockout DMEM(Gibco), 15% knockout serum replacement, 5% FBS(Gibco), 1% Glutamax(Gibco), 1% 비필수아미노산(Gibco), 0.1mM β-메르캅토에탄올(Sigma) 및 1x 페니실린/스트렙토마이신)에서 배양하였다.
VCRF 화합물은 0.5mM VPA(V), 20μM CHIR99021(C), 10μM Repsox (R) 및 50μM Forskolin(F)(모든 화합물은 Medchemexpress, NJ. USA로부터 얻음.)로 구성된다. 섬유아세포는 3일마다 배지를 교체하면서 6일 내지 8일 동안 직접분화를 유도(induction phase)하였다.
1-3. 마이크로어레이 ( Microarray )
상기와 같이 RNeasy Mini kit(QIAGEN, CA, USA)를 사용하여 DNase I 처리전 RNA를 추출하였다. GeneChip Mouse 2.0 ST 어레이(Affymetrix, CA, USA)와의 하이브리드화를 수행하였다.
데이터는 Affymetrix® Power Tools(Affymetrix, CA, USA)에서 구현된 로버스트 다중-평균(Robust multi-average, RMA) 방법으로 요약 및 표준화되었다. 결과는 유전자 수준의 분석으로 도출되었고, 차별 발현 유전자(DEG, differentially expressed gene) 분석이 수행되었다. 발현 데이터의 통계적 유의성은 배수 변화(fold change)를 사용하여 결정하였다. DEG 세트의 경우, 계층적 군집 분석(Hierarchical cluster analysis)은 유사성의 척도로서 완전 연결법(complete linkage)과 유클리드 거리(Euclidean distance)를 사용하여 수행되었다. Gene Ontology(http://geneontology.org)와 KEGG(http://kegg.jp)를 사용하여 중요한 probe 목록에 대한 Gene-Enrichment와 Functional Annotation 분석을 수행하였다. 차별 발현 유전자의 모든 데이터 분석 및 시각화는 R 3.0.2 (www.r-project.org)를 사용하여 수행되었다.
실시예 2. 화학적 유도 마우스 배아 섬유아세포에서의 지방 생성
화학물질을 처리하여 마우스 배아 섬유아세포로부터 골격근 형태의 마우스 배아 섬유아세포를 유도한 결과, 4가지 화학 물질(Valproic Acid, Chir99021, Repsox 및 Forskolin)에 대한 화학적 칵테일 처리시, 골격근과 함께 지질 방울을 함유한 일부 세포를 생성한다는 것을 발견하였다(도 1).
실시예 3. CiBALC의 지방 생성 유도에 필요한 최소한의 화학 칵테일 조합 연구
다음으로 갈색 지방 세포 유사 세포의 직접분화에 필요한 최소한의 화학 혼합물을 Oil Red O 염색의 시각화를 통하여 조사하였다. 그 결과, Valproic acid 또는 AZD2585를 제거하는 조건에서, 실질적으로 지방 생성 유도가 증가되는 것을 관찰하였다(도 2a 및 2d).
반면, Repsox 또는 Forskolin을 제거하면 지방으로의 유도 효율성이 현저히 감소되었다(도 2b 및 2c). 이러한 효과는 Repsox (TGFβ 신호 전달 억제제)를 제외한 경우에서 가장 두드러졌다 (도 2b).
이로부터 Repsox 매개 TGB β 신호 억제가 지방 형성 유도에 필수적이며, Forskolin (cAMP 시그널링 활성제)이 그 효과를 더욱 증대 시킨다는 것으로 해석할 수 있다.
실시예 4. 직접분화된 갈색 지방 세포 유사 세포의 계통 추적
배아기(13.5 일) 마우스 배아에서 분리된 마우스 배아 섬유아세포 (Mouse embryonic fibroblasts, MEF)는 불순물로서 근원전구세포(myogenic progenitor cells)를 포함할 수 있으며, 이로 인해 수득된 결과를 간섭할 수 있다. 이에, 이러한 가능성을 배제하고 화학적 유도 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화가 순수한 섬유모세포로부터 이루어졌는지를 확인하기 위하여 Fsp1-cre를 사용하여 계통을 추적했다 : dTomato의 발현이 섬유아세포 특이적 단백질인 FSP1의 프로모터에 의해 조절되는 R26RtdTomato 마우스(도 3A). fsp1-cre와 rosa26-tfTomato 마우스를 교배시켜 FSP1-dTomato 자손을 얻었다(도 3a).
상기 마우스에서, dTomato 형광의 발현은 섬유아세포 특유의 FSP1 프로모터에 의해 매우 정확하게 제어되어 섬유아세포 기원 세포만이 dTomato 형광을 나타낸다. 우리는 13.5 일된 FSP1-dTomato 마우스 배아에서 MEF를 분리하고 8일동안 화학 유도제로 세포를 처리하였다. 그 결과, 세포에서 dTomato 형광과 지질 방울의 공존을 관찰했다(도 3b).
상기 결과들로부터, 본 발명의 갈색 지방 세포 유사 세포가 섬유아세포(MEF)로부터 유래하였음을 확인하였다.
실시예 5. 특정 신호 전달 경로의 조절에 의하여 매개되는 CiBALC의 생성
화학적으로 유도된 직접 변환의 메커니즘을 분석하기 위해, 화학 유도 물질에 의해 조절되는 신호 전달 경로를 조사하였다. CiBALC 유도를 위해 최적화된 프로토콜에 사용된 Repsox(R) 및 Forskolin(F)이 특정 신호 전달축을 조절하는 것을 확인하였기 때문에, 이러한 세포 경로의 정확한 조절이 최적의 세포 직접분화에 필수적일 것으로 예상하였다.
CiBALC 유도에서 RF의 역할을 확인하기 위해, RF와 동일한 기능을 갖는 화학적 조절제(chemical modulators)를 테스트하였다.
먼저 Repsox와 Forskolin을 각각 SB431542(S)와 NKH477(N)으로 대체하여 동일한 신호 전달 경로를 조절하고 CiBALC 생성을 모니터링하였다.
그 결과, 도 4a에 나타난 바와 같이, 대체 화학 물질인 SN이 성공적으로 지방 세포 유사 세포를 생성한다는 것을 관찰하였며, 지시된 신호 전달 경로(cAMP 시그널링 및 TGFβ 신호 전달)를 제어하는 것이 CiBALC 생성의 핵심임을 확인하였다.
뿐만 아니라, 도 4b에 나타난 바와 같이, SB431542는 지방 세포 생성 손실을 저지할 수 있음을 확인하였다.
실시예 6. CiBALC의 지방 생성의 최적화
SN의 조합이 RF보다 더 효과적이라는 것을 관찰했기 때문에 Repsox(R) 및 Forskolin(F) 대신 SB431542(S)와 NKH477(N)을 이어서 사용하였다. 그리고, NKH477 없이 SB431542의 용량을 증가시키는 것이 직접분화의 효율성을 향상시키는지도 조사하였다.
10μM의 SB431542로 시작하여 점진적으로 용량을 증가시켰고, 그 결과 도 5a에 나타나듯이, Oil red O의 염색 지질 droplet의 출현이 농도 의존적으로 증가하며, 특히 20μM~ 30μM의 농도에서 가장 직접분화 효율이 높은 것을 확인하였다. 따라서, NKH477 부재시에도 많은 양의 SB431542가 두 화학 물질의 조합과 유사한 직접분화의 효율성을 달성할 수 있음을 확인하였다.
상기 결과로부터 NKH477과 다량의 SB431542를 병용하면 직접분화율이 더욱 향상되는지 여부를 확인하였다.
그 결과, 도 5b에 나타난 바와 같이, 실제로 5μM의 NKH477을 20μM 및 30μM의 SB431542와 함께 처리하면 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화가 증가한다는 것을 관찰했다.
도 5c에 나타난 바와 같이, SB431542의 농도를 10μM로 일정하게 유지하고 점진적으로 NKH477의 용량을 증가시키면 SB431542 단독으로 사용했을 때 직접분화율을 극적으로 향상시킨다는 것을 관찰하였다.
실시예 7. 다른 세포 기원로부터의 CiBALC 생성
CiBALC의 생성을 위해 얻은 프로토콜과 화학 유도제를 추가로 확인하기 위하여, 성인 마우스 피부 섬유아세포(adult mouse dermal fibroblast)에 SB431542 10μM및 NKH4770 5μM를 처리하여 CiBALC가 생성되는지 확인하였다.
그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이 성공적으로 갈색 지방 세포 유사 세포가 생성됨을 확인하였다.
실시예 8. CiBALC의 글로벌 전사체 프로파일
CiBALC의 특성을 이해하고, 생리학적으로 갈색 지방 세포와 얼마나 밀접한 관련이 있는지 알아보기 위해 (1) 마우스 섬유 아세포(Fibroblast), (2) SB431542 20μM 처리시 생성된 CiBALC, (2) SB431542 20μM 및 NKH477 10μM 조합 처리시 생성된 CiBALC, (4) 마우스 기본 갈색 지방 조직(BAT)의 글로벌 유전자 발현 프로파일(global gene expression profiles)을 분석하였다.
우리는 상향 조절된 유전자로서 섬유아세포보다 2 배 이상 발현된 유전자를 선택하여 다른 샘플들과 비교하였다.
갈색 지방 세포 관련 유전자의 무작위적인 계층적 클러스터링 결과 CiBALC와 BAT 는 양자간 높은 유사성을 나타내지만, 부모 섬유아세포와는 유의한 차이가 있었다(도 7a). SB431542 및 NKH477 조합 처리 갈색 지방 세포 유사 세포는 갈색 지방 조직과 비교하여, Acs11, Echdc1, Plin2, Ac1y, Lifr, 및 Sfrp4 유전자가 고발현됨을 확인할 수 있었다.
또한, 갈색 지방 세포와 관련하여 중요하다고 알려진 많은 기능적 프로세스는 일반적으로 섬유아세포와 비교하여, 본 발명에 따라 직접분화된 세포에서 상향조절되었다(도 7b).
도 7c에 나타난 바와 같이, 섬유아세포에 대비, CiBALC는 BAT와 거의 유사하게 Adipogenesis 관련 경로가 상향 조절됨을 확인하였다. 대부분 비슷한 결과를 나타내었으나, SB431542 및 NKH477 조합 처리 갈색 지방 세포 유사 세포는 갈색 지방조직과 달리, 갈락토오스 대사(galactose metabolism), nd 뉴클레오티드 당 대사(nd nucleotide sugar metabolism), 산화적 인산화(oxidative phosporylation), 케톤체의 d 분해(d degradation of ketone bodies), 스테로이드 생합성(steroid biosynthesis), 스핑고지질 대사(sphingolipid metabolism), 리놀레산 대사(linoleic acid metabolism), 알파-리노렌산 대사(α-linolenic acid metabolism), 라이신 분해(lysine degradation), 아르기닌 생합성(arginine biosynthesis), 아르기닌 및 프롤린 대사(arginine and proline metabolism), N-글리칸 생합성(N-Glycan biosynthesis), 뮤신 타입 O-글리칸 생합성(Mucine type O-glycan biosynthesis), 및 콘드로이틴 황산/데르마탄황산의 생합성(biosynthesis of chondroitin sulfate/dermatan sulfate) 메커니즘에서 차이를 나타내었다.
도 7d에 나타난 바와 같이, SB431542 및 NKH477 조합 처리 갈색 지방 세포 유사 세포는 갈색 지방 조직과 거의 유사한 수준으로 Adipogenesis 관련 경로가 상향조절됨을 확인하였다.
실시예 9. CiBALC의 전자현미경 관찰
갈색 지방 세포의 특성 중 하나는 확대된 모양의 미토콘드리아의 풍부한 존재 및 구조적 특성이다.
CiBALCs가 BAT와 유사하게 이러한 특성을 공유하는지 확인하기 위해, 우리는 전자 현미경 연구를 수행하였다.
그 결과, 도 8에 나타나듯이, 실제로 미토콘드리아의 형태, 크기 및 존재량이 기존에 보고된 BAT 미토콘드리아와 유사함을 관찰하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 체세포를 ALK-5 키나아제 억제제(ALK-5 kinase inhibitor) 및 cAMP 시그널링 액티베이터(cAMP signaling activator)가 유효성분으로 포함된 배지에서 배양하여 갈색 지방 세포 유사 세포로 분화를 유도하는 단계를 포함하는, 저분자성 물질을 이용한 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포로의 직접분화 방법으로서,
    상기 ALK-5 키나아제 억제제는 SB431452이고,
    상기 cAMP 시그널링 액티베이터는 NKH 477인 것을 특징으로 하는, 직접분화 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배양은 4 내지 10일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 직접분화 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 체세포는 섬유아세포인 것을 특징으로 하는, 직접분화 방법.
  7. ALK-5 키나아제 억제제 및 cAMP 시그널링 액티베이터 (cAMP signaling activator)를 유효성분으로 포함하는, 체세포로부터 갈색 지방 세포 유사 세포를 유도하는 갈색 지방 세포 유사 세포 직접분화용 배지 조성물로서,
    상기 ALK-5 키나아제 억제제는 SB431452이고,
    상기 cAMP 시그널링 액티베이터는 NKH 477인 것을 특징으로 하는, 배지 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조성물은 판히스톤 디아세틸라제 억제제(Panhistone deacetylase inhibitor); 및 Wnt 활성제(Wnt activator);로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 유효성분으로 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 배지 조성물.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제7항의 조성물을 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  13. 제7항의 조성물을 유효성분으로 포함하는, 대사성 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017026462A1 (ja) 2015-08-07 2017-02-16 京都府公立大学法人 褐色脂肪細胞の調製方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017026462A1 (ja) 2015-08-07 2017-02-16 京都府公立大学法人 褐色脂肪細胞の調製方法
WO2017069222A1 (ja) 2015-10-21 2017-04-27 京都府公立大学法人 細胞の調製方法
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