KR102315868B1 - In vivo monitoring system for neural stem cell therapy based on neuronal differentiation specific surface antigen expression - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도감응형 하이드로겔 기반 세포 전달 시스템을 통하여, 현재 난관이 되고 있는 줄기세포 치료제의 유효성 및 안전성 평가 기술을 확립하고, 국내외 연구자에게 제공함으로써 줄기세포 치료제의 상용화와 대중화에 기여할 수 있다. 임상적용이 가능한 세포 치료법 개발에는 정확한 전임상 연구가 필수적이나 현재 국내의 연구수준은 매우 미흡한 수준이며, 본 연구는 다양한 동물 모델 개발과 이를 이용한 세포 치료제 치료 효능 검증 기술 확보를 포함하고 있으므로, 난치성 신경계 질환을 대상으로 한 실용화 연구 기술 수준의 향상에 크게 기여할 수 있다. 따라서, 줄기세포의 생체 내 모니터링을 통해 임상 적용의 문제점들을 해소함으로써 실질적으로 환자에 사용될 수 있는 기술을 제공할 수 있다.The present invention can contribute to the commercialization and popularization of stem cell therapeutics by establishing the efficacy and safety evaluation technology of stem cell therapeutics, which is currently a challenge, and providing them to domestic and foreign researchers through a temperature-sensitive hydrogel-based cell delivery system. Accurate preclinical research is essential for the development of cell therapy that can be applied clinically, but the current level of domestic research is very insufficient. It can greatly contribute to the improvement of the level of practical research technology targeting Therefore, it is possible to provide a technology that can be practically used in patients by solving the problems of clinical application through in vivo monitoring of stem cells.

Description

생체 내 이식 신경세포 추적 플랫폼 {In vivo monitoring system for neural stem cell therapy based on neuronal differentiation specific surface antigen expression}In vivo transplantation neuronal cell tracking platform {In vivo monitoring system for neural stem cell therapy based on neuronal differentiation specific surface antigen expression}

본 발명은 온도감응형 하이드로겔 기반의 줄기세포 치료제 및 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature-sensitive hydrogel-based stem cell therapeutic agent and monitoring system.

배아의 중추 신경계(central nervous system, CNS)로부터 분리된 신경전구세포(Neural precursor cells, NPC)는 시험관 내에서 확장될 수 있고, 시험관 내 및 생체 내에서는 다양한 신경세포 및 성상교세포로 분화될 수 있다(비특허문헌 1 및 2). 신경전구세포에 관한 연구는 뇌 발달을 탐색하고 신경세포의 재생 가능한 원천을 개발하는데 유용하다(비특허문헌 3). Neural precursor cells (NPC) isolated from the central nervous system (CNS) of the embryo can be expanded in vitro and differentiated into various neurons and astrocytes in vitro and in vivo. (Non-Patent Documents 1 and 2). Research on neural progenitor cells is useful for exploring brain development and developing renewable sources of neurons (Non-Patent Document 3).

또한 줄기세포는 다양한 치료법에 적용되어 왔다. 특히 퇴행성 뇌질환의 경우, 완전히 분화된 신경세포를 이식하는 것보다 신경전구세포를 이식하는 것이 더 효과적이라는 연구 결과가 보고된 바 있다. 그러나, 줄기세포를 이용한 치료는 세포의 낮은 생존율, 줄기세포의 분화 추적의 어려움, 이식 후 낮은 세포 생착률 등을 포함한 많은 문제가 보고되고 있다(비특허문헌 4 및 5). In addition, stem cells have been applied to various therapies. In particular, in the case of degenerative brain diseases, research results have been reported that transplanting neural precursor cells is more effective than transplanting fully differentiated nerve cells. However, treatment using stem cells has reported many problems, including low cell survival rate, difficulty in tracking differentiation of stem cells, and low cell engraftment rate after transplantation (Non-Patent Documents 4 and 5).

줄기세포 치료의 경우, 환자에게 주입된 줄기세포가 생체 내에서 제대로 기능하는지 확인할 수 없기 때문에, 이식된 줄기세포의 기능을 평가하는 것이 어렵다. 신경전구세포를 이식한 후 상기 신경전구세포의 신경세포로의 분화를 확인하기 위해서는, 이식 받은 개체를 희생시켜 얻은 조직 시료로부터 분석하여야 한다. 현재까지 이식된 신경전구세포의 분화 여부를 자기공명영상(MRI)으로 관찰하는 방법은 개발되지 않은 상태이다. 이는 분화된 신경세포를 특이적으로 추적할 수 있는 세포 표면 항원이 존재하지 않기 때문이라고 추측된다. In the case of stem cell therapy, it is difficult to evaluate the function of the transplanted stem cells because it cannot be confirmed whether the stem cells injected into the patient function properly in vivo. In order to confirm the differentiation of the neural progenitor cells into nerve cells after transplantation of the neural progenitor cells, it is necessary to analyze the tissue samples obtained by sacrificing the transplanted subject. To date, a method for observing the differentiation of transplanted neural progenitor cells by magnetic resonance imaging (MRI) has not been developed. It is presumed that this is because there is no cell surface antigen that can specifically track differentiated neurons.

이에, 본 발명자들은 생체 내 이식된 줄기세포 치료제의 유효성 및 신뢰성 검증이 가능한 체외 및 체내 플랫폼을 제공하고자 한다. Accordingly, the present inventors intend to provide an in vitro and in vivo platform capable of verifying the efficacy and reliability of an in vivo transplanted stem cell therapeutic agent.

Brustle et al., (1997) In vitro-generated neural precursors participate in mammalian brain development. Proc Natl Acad Sci U S A 94, 14809-14814Brustle et al., (1997) In vitro-generated neural precursors participate in mammalian brain development. Proc Natl Acad Sci U S A 94, 14809-14814 Davis A.A. and Temple. S. (1994) A self-renewing multipotential stem cell in embryonic rat cerebral cortex. Nature 372, 263-266Davis A.A. and Temple. S. (1994) A self-renewing multipotential stem cell in embryonic rat cerebral cortex. Nature 372, 263-266 Park et al., (2006) Acquisition of in vitro and in vivo functionality of Nurr1-induced dopamine neurons. FASEB J 20, 2553-2555Park et al., (2006) Acquisition of in vitro and in vivo functionality of Nurr1-induced dopamine neurons. FASEB J 20, 2553-2555 Yamashita et al., (2006) Subventricular zone-derived neuroblasts migrate and differentiate into mature neurons in the post-stroke adult striatum. J Neurosci 26, 6627-6636Yamashita et al., (2006) Subventricular zone-derived neuroblasts migrate and differentiate into mature neurons in the post-stroke adult striatum. J Neurosci 26, 6627-6636 Arvidsson et al., (2002) Neuronal replacement from endogenous precursors in the adult brain after stroke. Nat Med 8, 963-970Arvidsson et al., (2002) Neuronal replacement from endogenous precursors in the adult brain after stroke. Nat Med 8, 963-970

본 발명의 목적은 온도감응형 하이드로겔 기반의 줄기세포 치료제 및 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a temperature-sensitive hydrogel-based stem cell therapeutic agent and monitoring system.

이에, 본 발명자들은 생체적합성 및 생리활성이 높은 온도감응형 하이드로겔의 합성 기술을 이용하여 마이크로/나노 입자 기반의 온도감응형 하이드로겔 시스템을 개발하였다. 또한, 신경줄기세포의 생착률 및 분화율 향상, 생체 내 분화 및 분포 측정을 위한 약물이 캡슐화된 마이크로/나노 입자 제작, 마이크로/나노 입자의 배합에 따른 약물 방출 속도 및 지속 시간 조절 및 경동맥 결찰 및 저산소 환경 조성을 통한 저산소 유도-허혈성 뇌손상 유발 동물 모델을 이용한 전임상 시험 및 행동기능평가를 수행하였다. 그 결과, 천연 고분자(콜라겐 및 키토산)를 합성하여 마이크로/나노 입자를 생성하면 pH에 따른 방출 시간을 조절 할 수 있음을 확인하였고, 천연 고분자 마이크로 입자에 FITC-BSA를 탑재한 후 방출 실험한 결과, pH 7.5에서는 탑재 BSA가 시간이 지나면서 방출되기 시작 하나 pH 2.0에서는 시간이 지나도 방출 되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이는 방출 시간과 pH를 천연 고분자의 합성 비율과 종류에 따라 조절할 수 있음을 의미한다.Accordingly, the present inventors developed a micro/nanoparticle-based temperature-sensitive hydrogel system using the synthesis technology of a temperature-sensitive hydrogel with high biocompatibility and physiological activity. In addition, improvement of engraftment and differentiation rate of neural stem cells, production of drug encapsulated micro/nanoparticles for in vivo differentiation and distribution measurement, control of drug release rate and duration according to micro/nanoparticle formulation, carotid artery ligation and hypoxic environment Preclinical testing and behavioral function evaluation were performed using an animal model of hypoxia-induced ischemic brain injury through composition. As a result, it was confirmed that when micro/nano particles are produced by synthesizing natural polymers (collagen and chitosan), the release time can be controlled according to pH. At pH 7.5, it was confirmed that the loaded BSA started to be released over time, but at pH 2.0, it was not released over time. This means that the release time and pH can be adjusted according to the synthesis rate and type of natural polymer.

따라서, 본 발명은 제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자로부터 형성된 온도감응형 하이드로겔; 및 생체적합성 고분자로 코팅된 나노입자를 포함하는 줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a temperature-sensitive hydrogel formed from a first natural polymer and a second natural polymer; And it provides a composition for tracking the transplantation and differentiation of stem cells comprising nanoparticles coated with a biocompatible polymer.

이하, 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail.

본 발명은 제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자로부터 형성된 온도감응형 하이드로겔;The present invention is a temperature-sensitive hydrogel formed from a first natural polymer and a second natural polymer;

상기 하이드로겔 내 포함되는, 신경세포 분화 특이적 프로모터, Creb 5' UTR 서열 및 리포터 유전자를 포함하는 신경세포로의 분화 추적용 벡터가 형질도입된 신경줄기세포; 및Neural stem cells transduced with a vector for tracking differentiation into neurons containing a neural cell differentiation-specific promoter, a Creb 5' UTR sequence, and a reporter gene contained in the hydrogel; and

분화된 신경세포 표면 항원에 특이적으로 결합하는 항체가 컨쥬게이션되어 있고 생체적합성 고분자로 코팅된 나노입자를 포함하는 줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물을 제공한다.Provided is a composition for stem cell transplantation and differentiation tracking comprising nanoparticles that are conjugated with an antibody that specifically binds to a differentiated neuronal cell surface antigen and coated with a biocompatible polymer.

먼저, 본 발명의 줄기세포 이식 및 분화 추적용 조성물은 제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자로부터 형성된 온도감응형 하이드로겔을 포함한다.First, the composition for stem cell transplantation and differentiation tracking of the present invention includes a temperature-sensitive hydrogel formed from a first natural polymer and a second natural polymer.

본 발명에 있어서, 온도감응형 하이드로겔은 온도의 변화에 따라 용해도의 갑작스러운 변화를 보이는 고분자로서, 상온에서는 졸 상태로 존재하고 인체 온도 부근(즉, 30℃ 이상)에서는 겔을 형성함으로써 외과적인 수술 없이 주사 제형으로 사용이 가능한 지능형 하이드로겔을 의미한다. 본 발명에 따른 상기 하이드로겔은 제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자로부터 형성되는 것일 수 있다.In the present invention, the temperature-sensitive hydrogel is a polymer showing a sudden change in solubility according to a change in temperature, and exists in a sol state at room temperature and is surgically It refers to an intelligent hydrogel that can be used as an injection formulation without surgery. The hydrogel according to the present invention may be formed from a first natural polymer and a second natural polymer.

상기 제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자는 콜라겐, 키토산, 히알루론산, 폴리-L-라이신, 폴리(4-비닐피리딘/디비닐벤젠), 키틴, 폴리(부타디엔/아크릴로니트릴) 아민 말단, 폴리에틸렌이민, 폴리아닐린, 폴리(에틸렌글리콜)비스(2-아미노에틸), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(비닐아민)하이드로클로라이드, 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(2-비닐피리딘N-옥사이드), 폴리-ε-Cbz-L-라이신, 폴리(2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리(알릴 아민), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(N-메틸비닐아민), 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(N-비닐피롤리돈) 및 폴리(4-아미노스티렌)으로 이루어진 군에서 각각 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The first and second natural polymers are collagen, chitosan, hyaluronic acid, poly-L-lysine, poly(4-vinylpyridine/divinylbenzene), chitin, poly(butadiene/acrylonitrile) amine terminus, polyethylene imine, polyaniline, poly(ethylene glycol) bis(2-aminoethyl), poly(N-vinylpyrrolidone), poly(vinylamine) hydrochloride, poly(2-vinylpyridine), poly(2-vinylpyridineN) -oxide), poly-ε-Cbz-L-lysine, poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate), poly(allyl amine), poly(allylamine hydrochloride), poly(N-methylvinylamine), poly (Dialyldimethylammonium chloride), poly(N-vinylpyrrolidone) and poly(4-aminostyrene) may be each selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

한 구체예에서, 상기 제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자는 각각 콜라겐 및 키토산일 수 있다.In one embodiment, the first natural polymer and the second natural polymer may be collagen and chitosan, respectively.

본 발명에 있어서, 상기 온도감응형 하이드로겔은 제 1 천연 고분자와 제 2 천연 고분자가 0.5 내지 2: 0.5 내지 2의 농도비, 예컨대 0.7 내지 1.5: 0.7 내지 1:5의 농도비로 포함됨으로써 형성되는 것일 수 있다. In the present invention, the temperature-sensitive hydrogel is formed by including the first natural polymer and the second natural polymer in a concentration ratio of 0.5 to 2: 0.5 to 2, for example, 0.7 to 1.5: 0.7 to 1:5. can

본 발명의 온도감응형 하이드로겔은 상기 제 1 천연 고분자와 제 2 천연 고분자를 혼합한 후, pH 조절을 위해 가교결합제를 첨가함으로써 겔화시킬 수 있다. 이때, 상기 가교결합제로는 NaOH, CaCl2 또는 FeCl3를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The temperature-sensitive hydrogel of the present invention can be gelled by mixing the first natural polymer and the second natural polymer, and then adding a crosslinking agent to adjust the pH. In this case, as the crosslinking agent, NaOH, CaCl 2 or FeCl 3 may be used, but is not limited thereto.

한 구체예에서, 상기 가교결합제의 농도는 0.2 내지 0.4 N일 수 있다. In one embodiment, the concentration of the crosslinking agent may be 0.2 to 0.4 N.

하기 실시예에서는, 상기 온도감응형 하이드로겔 내 신경줄기세포를 포함하고 이를 배양함으로써 신경세포로의 분화가 가능함을 확인하였으며, 상기 온도감응형 하이드로겔 내에서 신경줄기세포의 증식이 신경세포로의 분화 유도에 부정적인 영향을 끼지지 않음을 확인하였다. 이를 통해, 본 발명의 온도감응형 하이드로겔을 세포전달체로서 활용할 수 있음을 입증하였다. In the following examples, it was confirmed that differentiation into neurons is possible by including neural stem cells in the temperature-sensitive hydrogel and culturing them, and proliferation of neural stem cells in the temperature-sensitive hydrogel induces differentiation into neurons It was confirmed that there was no negative effect on Through this, it was demonstrated that the temperature-sensitive hydrogel of the present invention can be utilized as a cell carrier.

본 발명에 있어서, 상기 온도감응형 하이드로겔은 내부에 신경줄기세포를 포함할 수 있다. 상기 신경줄기세포는 신경세포로의 분화 추적용 벡터가 형질도입된 것이다. 상기 신경세포로의 분화 추적용 벡터는 신경세포 분화 특이적 프로모터, Creb 5' UTR 서열 및 리포터 유전자를 포함한다. In the present invention, the temperature-sensitive hydrogel may include neural stem cells therein. The neural stem cells are transduced with a vector for tracking differentiation into neurons. The vector for tracking differentiation into neurons includes a neuron differentiation-specific promoter, a Creb 5' UTR sequence, and a reporter gene.

본 발명자들은 이전 연구를 통해 신경세포 분화 특이적 프로모터, Creb 5' UTR 서열 및 리포터 유전자를 포함하도록 벡터를 제작하고, 상기 제작된 벡터가 형질도입된 신경전구세포를 생체 내 이식하면 생체 내에서도 신경세포로의 분화 추적이 가능함을 확인하였다. The present inventors prepared a vector to include a neuron differentiation-specific promoter, a Creb 5' UTR sequence, and a reporter gene through previous studies. It was confirmed that differentiation tracking into

상기 벡터는 신경세포 분화 특이적 발현을 유도하는 프로모터 및 이와 작동 가능하게 연결된 리포터 유전자가 삽입 또는 도입될 수 있는 플라스미드, 바이러스성 벡터 또는 기타 매개체를 의미한다.The vector refers to a plasmid, viral vector or other medium into which a promoter inducing neuronal differentiation-specific expression and a reporter gene operably linked thereto can be inserted or introduced.

상기 신경세포 특이적 발현을 유도하는 프로모터는 신경세포에서 특징적으로 발현하는 마커 단백질들의 프로모터를 지칭하며, 이들 프로모터에 전사인자가 결합하여 신경세포 특이적 마커 단백질을 발현시키는 프로모터를 의미한다. 본 발명의 벡터는 신경세포 특이적 발현을 유도하는 프로모터 하위에 리포터 유전자가 작동 가능하도록 연결되는 경우, 상기 리포터 유전자를 신경세포에서만 특이적으로 다량 발현시킬 수 있다. 본 발명에서, “작동 가능하게 연결(operably linked)” 된다는 것은 적절한 유전자 서열이 프로모터 서열에 결합될 때 유전자 발현을 가능하게 하는 방식으로 연결된다는 것을 의미한다.The promoter for inducing the neuron-specific expression refers to a promoter of marker proteins characteristically expressed in neurons, and refers to a promoter that binds transcription factors to these promoters to express the neuron-specific marker protein. The vector of the present invention can express a large amount of the reporter gene specifically only in neurons when the reporter gene is operably linked under a promoter inducing neuron-specific expression. In the present invention, "operably linked" means that the appropriate gene sequence is linked in such a way as to enable gene expression when linked to the promoter sequence.

상기 신경세포 특이적 발현을 유도하는 프로모터는 시냅신(synapsin) 프로모터이다. 상기 시냅신 프로모터에 의해 리포터 유전자를 신경세포 특이적으로 발현시킬 수 있다.The promoter for inducing the neuron-specific expression is a synapsin promoter. A reporter gene can be expressed specifically in a neuron by the synapsin promoter.

상기 플라스미드의 예로는 대장균 유래 플라스미드(pBR322, pBR325, pUC118 및 pUC119, pET-22b(+)), 바실러스 서브틸러스 유래 플라스미드(pUB110 및 pTP5) 및 효모 유래 플라스미드(YEp13, YEp24 및 YCp50) 등이 있으며, 상기 바이러스성 벡터의 예로는 레트로바이러스, 아데노바이러스, 아데노 부속 바이러스(adeno-associated virus, AAV), 렌티바이러스 또는 벡시니아 바이러스와 같은 동물 바이러스, 배큘로바이러스와 같은 곤충 바이러스가 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 벡터는 본 발명에 따른 폴리뉴클레오타이드를 숙주세포에 도입시키는데 적합한 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 단백질 발현 유도 및 발현된 단백질의 분리가 용이하도록 디자인된 벡터를 사용할 수 있다.Examples of the plasmid include E. coli-derived plasmids (pBR322, pBR325, pUC118 and pUC119, pET-22b(+)), Bacillus subtilus-derived plasmids (pUB110 and pTP5), and yeast-derived plasmids (YEp13, YEp24 and YCp50). , Examples of the viral vector include retroviruses, adenoviruses, adeno-associated virus (AAV), animal viruses such as lentiviruses or vexinia viruses, and insect viruses such as baculoviruses. In the present invention, the vector suitable for introducing the polynucleotide according to the present invention into a host cell may be used, and preferably a vector designed to facilitate protein expression induction and isolation of the expressed protein may be used.

한 구체예에서, 상기 벡터는 바이러스성 벡터일 수 있으며, 특히 렌티바이러스 벡터일 수 있다.In one embodiment, the vector may be a viral vector, in particular a lentiviral vector.

다른 구체예에서, 상기 신경세포 특이적 프로모터는 시냅신 프로모터(synapsin promoter)일 수 있다. 시냅신 프로모터는 신경세포로 분화시에만 특이적으로 발현하는 특성을 가지고 있으며, SEQ ID NO: 1의 염기서열로 표현되는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment, the neuron-specific promoter may be a synapsin promoter. The synapsin promoter has the characteristic of being specifically expressed only upon differentiation into neurons, and may be expressed by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto.

상기 신경세포로의 분화 추적용 벡터에서, 상기 리포터 유전자는 유전자가 전사되어 번역된 단백질을 in vivo 또는 in vitro에서 확인할 수 있는 어떠한 리포터 유전자도 될 수 있다.In the vector for tracking differentiation into neurons, the reporter gene may be any reporter gene in which the gene is transcribed and the translated protein can be identified in vivo or in vitro.

상기 벡터에 도입되는 리포터 유전자는 세포 표면 발현 형광 단백질을 코딩하는 유전자일 수 있다. 상기 형광 단백질을 코딩하는 유전자는 적색 형광 단백질을 코딩하는 유전자일 수 있다. 형광 단백질을 코딩하는 리포터 유전자의 경우 발현된 단백질의 유무를 별도의 과정을 거치지 않고 확인할 수 있으므로 신경세포로의 분화를 추적하기 위한 시스템에 바람직하다. 상기 형광 단백질로는 mCherry, tdTomato, J-Red, DsRed, mRuby, mStrawberry, mPlum, GFP 및 YFP로 이루어진 군에서 세포 표면에 발현되도록 돌연변이된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 형광 단백질의 유전자를 리포터 유전자로서 이용하는 경우, 면역염색 또는 공촛점 현미경 등을 이용하는 방법을 사용하여 신경줄기세포에서 신경세포로의 분화를 세포를 사멸시키지 않고도 (또는 비침습적으로) 쉽게 추적 가능하다.The reporter gene introduced into the vector may be a gene encoding a cell surface-expressed fluorescent protein. The gene encoding the fluorescent protein may be a gene encoding a red fluorescent protein. In the case of a reporter gene encoding a fluorescent protein, the presence or absence of the expressed protein can be checked without a separate process, so it is preferable for a system for tracking differentiation into neurons. The fluorescent protein may be one mutated to be expressed on the cell surface from the group consisting of mCherry, tdTomato, J-Red, DsRed, mRuby, mStrawberry, mPlum, GFP and YFP, but is not limited thereto. When the fluorescent protein gene is used as a reporter gene, the differentiation of neural stem cells into neurons can be easily traced without killing the cells (or non-invasively) using immunostaining or a method using a confocal microscope.

한 구체예에서, 상기 리포터 유전자는 분화된 세포막의 표면에 발현되는 형광 단백질 코딩 유전자일 수 있으며, 구체적으로 mCherry를 코딩하는 유전자인 CherryPicker 유전자일 수 있다. CherryPicker 유전자는 형광 단백질인 mCherry와 트랜스페린 수용체 막 앵커 도메인으로 구성된 융합 단백질이다. 상기 mCherry 단백질은 세포 표면에서 발현되기 때문에, 분화된 신경세포의 표면에 발현 가능하므로 생체 내 도입 시 자기공명영상을 통한 신경세포로의 분화 추적에 사용될 수 있다.In one embodiment, the reporter gene may be a fluorescent protein-coding gene expressed on the surface of a differentiated cell membrane, specifically, the CherryPicker gene, which is a gene encoding mCherry. The CherryPicker gene is a fusion protein composed of the fluorescent protein mCherry and the transferrin receptor membrane anchor domain. Since the mCherry protein is expressed on the cell surface, it can be expressed on the surface of differentiated neurons, and thus can be used for tracking differentiation into neurons through magnetic resonance imaging when introduced into a living body.

상기 벡터는 상기 시냅신 프로모터와 형광 단백질을 코딩하는 리포터 유전자 사이에 SEQ ID NO: 2의 염기서열로 표현되는 폴리뉴클레오타이드를 포함한다. 상기 SEQ ID NO: 2의 염기서열로 표현되는 폴리뉴클레오타이드는 마우스의 Creb 5' UTR을 코딩하는 염기서열 중 일부 서열이며, 본 발명의 상기 벡터에서 시냅신 프로모터와 상기 리포터 유전자 사이에 개재되어 시냅신 프로모터의 조직 특이성을 높게 유지시키며 리포터 유전자 발현의 인핸서(enhancer)로서 작용할 수 있다.The vector includes a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 between the synapsin promoter and a reporter gene encoding a fluorescent protein. The polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 is a partial sequence of the nucleotide sequence encoding the Creb 5'UTR of the mouse, and is interposed between the synapsin promoter and the reporter gene in the vector of the present invention. It maintains high tissue specificity of the promoter and can act as an enhancer of reporter gene expression.

본 발명에서 “신경줄기세포(NSC, Neural stem cell)”는 증식을 계속하는 능력, 즉 자기복제능력(self-replication)을 가지고 있으며, 중추 신경계를 구성하는 신경세포(neuron), 성상세포(astrocyte), 희소돌기아교세포(oligodendrocyte) 등의 세포로 분화할 수 있는 다분화 능력을 갖는 미분화 세포를 의미한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에서 상기 리포터 유전자를 발현시키는 벡터를 형질도입하는 세포로서 신경줄기세포가 포함되어 있다. 상기 신경줄기세포는 초대 배양(primary cultured) 신경줄기세포 또는 이의 유전적으로 변형된 불사멸화된(immortalized) 신경줄기세포일 수 있다. 신경줄기세포는 “신경전구세포(neural progenitor cell 또는 neural precursor cell)”와 서로 혼용되어 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 신경줄기세포로부터 유래된 세포를 신경전구세포라고 지칭할 수도 있다. In the present invention, the "neural stem cell (NSC, Neural stem cell)" has the ability to continue proliferation, that is, self-replication, and the neurons and astrocytes constituting the central nervous system. , refers to undifferentiated cells having multidifferentiation ability to differentiate into cells such as oligodendrocytes. According to an embodiment of the present invention, neural stem cells are included as cells transduced with the vector expressing the reporter gene in the present invention. The neural stem cells may be primary cultured neural stem cells or genetically modified immortalized neural stem cells. Neural stem cells may be used interchangeably with “neural progenitor cells or neural precursor cells,” and in some cases, cells derived from neural stem cells may be referred to as neural precursor cells.

본 발명에 있어서, 상기 벡터를 신경줄기세포 또는 신경전구세포에 형질도입시키는 방법은 당업계에 공지된 방법을 적용할 수 있다. 예컨대 상기 벡터의 세포 내 도입은 리포펙타민(Lipofectamine), 칼슘-인산(calcium-phosphate), 양전하성 고분자, 리포좀과 같은 형질도입용 시약을 이용하거나, 나노입자, 뉴클레오펙션(nucleofection), 전기천공법(electroporation), 열충격(heat shock), 마그네토펙션(magnetofection) 또는 바이러스 감염에 의한 방법으로 수행될 수 있다. 한 구체예에서, 상기 벡터의 도입은 바이러스 감염에 의한 것일 수 있다.In the present invention, the method for transducing the vector into neural stem cells or neural progenitor cells can be applied to a method known in the art. For example, the vector is introduced into the cell using a reagent for transduction such as lipofectamine, calcium-phosphate, positively charged polymer, liposome, nanoparticles, nucleofection (nucleofection), electric It may be performed by a method by electroporation, heat shock, magnetofection, or viral infection. In one embodiment, the introduction of the vector may be by viral infection.

상기 벡터가 도입된 신경줄기세포 또는 신경전구세포는 세포 치료를 필요로 하는 환자에 이식한 후, 이식된 신경줄기세포 또는 신경전구세포가 신경세포로의 분화가 어느 정도 진행되었는지 확인하는 것에 이용될 수 있다. After transplanting the neural stem cells or neural progenitor cells into which the vector is introduced into a patient in need of cell therapy, the transplanted neural stem cells or neural progenitor cells can be used to determine to what extent the differentiation into neurons has progressed. .

상기 신경줄기세포 또는 신경전구세포는 신경계 질환 환자의 뇌실에 직접 투여 또는 이식할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 신경줄기세포 또는 신경전구세포의 생착율을 증진시키기 위해 다양한 봉매제(embedding materials), 예컨대 소듐 알지네이트(sodium alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 또는 콜라겐을 세포와 복합체로 형성시켜 이를 이용할 수도 있다. 이후 MRI를 촬영하여 이식된 세포의 분화 진행 여부 및 정도를 확인할 수 있다. The neural stem cells or neural progenitor cells may be directly administered or transplanted into the ventricle of a patient with a neurological disease, but is not limited thereto. In addition, in order to enhance the engraftment rate of neural stem cells or neural progenitor cells, various embedding materials, such as sodium alginate, hyaluronic acid, or collagen may be used by forming a complex with the cells. . Thereafter, by taking an MRI, it is possible to check whether or not the differentiation of the transplanted cells is progressing or not.

본 발명에 있어서, 신경줄기세포 또는 신경전구세포는 포유동물에서 유래된 것일 수 있다. 상기 포유동물로는 인간, 원숭이, 침팬지, 개, 고양이, 소, 염소, 돼지, 마우스 또는 랫트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 신경줄기세포 또는 신경전구세포가 포유동물에서 유래된 경우, 상기 세포는 대뇌 또는 뇌의 피질을 포함한 뇌 조직의 모든 부위에서 유래한 모든 종류의 신경줄기세포 또는 신경전구세포일 수 있다. 또한, 상기 신경줄기세포 또는 신경전구세포는 배아 및 성체를 포함하는 모든 발생단계에서 유래한 것일 수 있으나, 다량의 신경줄기세포 또는 신경전구세포를 획득하기 위해 신경 발생이 가장 왕성한 시기의 발생 중인 배아에서 유래된 것일 수 있다. In the present invention, neural stem cells or neural progenitor cells may be derived from mammals. The mammal may be a human, monkey, chimpanzee, dog, cat, cow, goat, pig, mouse or rat, but is not limited thereto. When the neural stem cells or neural progenitor cells are derived from a mammal, the cells may be any kind of neural stem cells or neural progenitor cells derived from any part of the brain tissue including the cerebrum or the cortex of the brain. In addition, the neural stem cells or neural progenitor cells may be derived from all developmental stages including embryos and adults, but are derived from developing embryos in the period when neurogenesis is most active in order to obtain a large amount of neural stem cells or neural progenitor cells. it may have been

본 발명의 벡터는 인비트로(in vitro) 세포 배양 실험 또는 세포 치료(cell therapy)와 같은 임상 등 다양한 신경세포에서의 유전자 연구에 유용하게 이용될 수 있다.The vector of the present invention can be usefully used for gene research in various nerve cells, such as in vitro cell culture experiments or clinical trials such as cell therapy.

다음으로, 본 발명의 줄기세포 이식 및 분화 추적용 조성물은 상기 분화된 신경세포의 표면 항원에 특이적으로 결합하는 항체가 컨쥬게이션되어 있고 생체적합성 고분자로 코팅된 나노입자를 포함한다.Next, the composition for stem cell transplantation and differentiation tracking of the present invention is conjugated with an antibody that specifically binds to the surface antigen of the differentiated nerve cell and includes nanoparticles coated with a biocompatible polymer.

본 발명에 있어서, 상기 분화된 신경세포 표면 항원에 특이적으로 결합하는 항체는 면역글로불린G(IgG) 또는 면역글로불린M(IgM)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the antibody that specifically binds to the differentiated neuronal cell surface antigen may be immunoglobulin G (IgG) or immunoglobulin M (IgM), but is not limited thereto.

본 발명의 생체적합성 고분자는 글리콜 키토산, 폴리-L-리신, 폴리(4-비닐 피리딘/디비닐벤젠), 키틴, 폴리(부타디엔/아크릴로니트릴) 아민 말단, 폴리에틸렌이민, 폴리아닐린, 폴리(에틸렌글리콜)비스(2-아미노에틸), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(비닐아민)하이드로클로라이드, 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(2-비닐피리딘 N-옥사이드), 폴리-ε-Cbz-L-리신, 폴리(2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리(알릴아민), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(N-메틸비닐아민), 폴리(디알릴디메틸암모 늄클로라이드), 폴리(N-비닐피롤리돈), 키토산, 또는 폴리(4-아미노스티렌)으로부터 선택된다. 바람직하게는 글리콜 키토산을 생체적합성 고분자로 이용할 수 있다.The biocompatible polymer of the present invention is glycol chitosan, poly-L-lysine, poly(4-vinyl pyridine/divinylbenzene), chitin, poly(butadiene/acrylonitrile) amine terminus, polyethyleneimine, polyaniline, poly(ethylene glycol) )bis(2-aminoethyl), poly(N-vinylpyrrolidone), poly(vinylamine)hydrochloride, poly(2-vinylpyridine), poly(2-vinylpyridine N-oxide), poly-ε- Cbz-L-lysine, poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate), poly(allylamine), poly(allylamine hydrochloride), poly(N-methylvinylamine), poly(diallyldimethylammonium chloride) , poly(N-vinylpyrrolidone), chitosan, or poly(4-aminostyrene). Preferably, glycol chitosan may be used as a biocompatible polymer.

상기 글리콜 키토산은 생체친화적이고 생분해성을 갖는 물질로서, 조직 공학이나 약물 전달 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 그러나 고분자량 글리콜 키토산의 경우 가지고 있는 양성 전하에 의한 독성의 문제 때문에 의약 제제로 사용되는데 어려움이 있었다.The glycol chitosan is a biocompatible and biodegradable material, and is used in various fields such as tissue engineering or drug delivery. However, in the case of high molecular weight glycol chitosan, there was a difficulty in using it as a pharmaceutical preparation due to the toxicity problem due to the positive charge it has.

본 명세서에 사용된 용어, "나노입자(nanoparticle)"는 나노미터(㎚)의 크기를 갖는 구조 또는 물질을 의미한다. 나노미터 크기란 마이크론 미터(10-6) 크기를 1,000 분의 1로 축소한 것으로, 물질의 크기가 나노미터 수준으로 작아지면 다양하고 특이한 물리적, 화학적, 기계적 및 전자적 특성을 나타내게 된다.As used herein, the term “nanoparticle” refers to a structure or material having a size of nanometers (nm). The nanometer size is a reduction in the size of a micron meter (10 -6 ) to one-thousandth, and when the size of a material is reduced to the nanometer level, various unique physical, chemical, mechanical and electronic properties are displayed.

본 발명에서, 상기 나노입자는 일반적으로 평균 크기가 약 1 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 예를 들면, 약 1 ㎚ 내지 약 50 ㎚, 약 50 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 250 ㎚, 약 250 ㎚ 내지 약 500 ㎚ 범위일 수 있다. In the present invention, the nanoparticles generally have an average size of from about 1 nm to about 500 nm, such as from about 1 nm to about 50 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 100 nm to about 250 nm, about 250 nm to about 500 nm.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명의 나노입자는 1 내지 100 ㎚, 바람직하게는 1 내지 50 ㎚, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 ㎚ 크기로 제조될 수 있다. 나노입자의 크기가 500 nm 이상인 경우에는 침강 속도가 빨라져 사용상 불편함을 초래하여 침강 방지를 위해 글루코스, 슈크로스, 클리세롤, 폴리에틸렌아민, 비테인 등과 같은 분산제를 사용하여야 한다. According to one embodiment of the present invention, the nanoparticles of the present invention may be prepared in a size of 1 to 100 nm, preferably 1 to 50 nm, more preferably 1 to 20 nm. When the size of the nanoparticles is 500 nm or more, the sedimentation rate is increased, which causes inconvenience in use.

본 발명에서, 상기 나노입자는 유기 또는 무기 나노입자일 수 있으며, 바람직하게는 자성 나노입자(magnetic nanoparticle)일 수 있다.In the present invention, the nanoparticles may be organic or inorganic nanoparticles, preferably magnetic nanoparticles.

본 명세서에서 사용된, 용어 "자성"은 물질이 나타내는 자기적인 성질을 의미한다. 모든 물질은 자기장(magnetic field)과 상호작용하여 인력(attractive force) 또는 척력(repulsive force)이 발생한다. 즉, 물질에 자기장을 가하면 자화(magnetization)되고, 상기 물체가 자화되는 양상에 따라 강자성체 (ferromagnetic substance), 상자성체(paramagnetic substance), 반자성체(diamagnetic substance), 페리자성체(ferrimagnetc substance) 등으로 구분된다.As used herein, the term “magnetic” refers to a magnetic property exhibited by a material. All materials interact with a magnetic field to generate an attractive or repulsive force. That is, when a magnetic field is applied to a material, it is magnetized, and according to the aspect in which the object is magnetized, it is classified into a ferromagnetic substance, a paramagnetic substance, a diamagnetic substance, a ferrimagnetc substance, and the like.

본 명세서에 사용된, 용어 "자성 나노입자"는 자성을 띄는 나노미터 크기의 구조 또는 물질을 의미한다. 상기 자성 나노입자는 용액 합성, 공동 침전, 졸-겔 방법, 고 에너지 분쇄, 수열 합성, 마이크로에멀젼 합성, 열분해에 의한 합성 또는 음파 화학적 합성에 의해 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term “magnetic nanoparticles” refers to nanometer-sized structures or materials that are magnetic. The magnetic nanoparticles may be prepared by solution synthesis, co-precipitation, sol-gel method, high energy pulverization, hydrothermal synthesis, microemulsion synthesis, pyrolysis synthesis, or sonic chemical synthesis, but is not limited thereto.

본 발명에서, 상기 자성 나노입자는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 가돌리늄(Gd), 이들의 산화물 또는 이들의 합금(alloy)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the magnetic nanoparticles may be selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), gadolinium (Gd), oxides thereof, or alloys thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 자성 나노입자는 철 또는 산화철로 이루어진 자성 나노입자이다.According to one embodiment of the present invention, the magnetic nanoparticles are magnetic nanoparticles made of iron or iron oxide.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생체적합성 고분자는 나노입자와 결합할 수 있는 기능기를 포함하며, 기능기는 아민기, 카복실기, 티올기, 또는 하이드록사이드기일 수 있고, 바람직하게는 하이드록사이드기일 수 있다. 따라서, 자성 나노입자 제조시 사용되는 열 분해 방법(thermal decomposition technique)을 나노입자 코팅에 이용할 수 있다. 구체적으로 산화철 나노입자와 글리콜 키토산 컨쥬게이트를 고온에서 반응시킴으로써 글리콜 키토산의 다당체에 존재하는 -OH 작용기에 의하여 상기 컨쥬게이트를 산화철 나노입자 표면에 랩핑(wrapping)시킬 수 있다. 이 방법은 다량의 -OH 작용기에 의하여 컨쥬게이트가 안정적으로 나노입자 표면에 코팅되는 장점이 있으나, 지나치게 오랜 시간 동안 고온에서 반응시킬 경우 다당체 자체가 분해되는 단점이 생길 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the biocompatible polymer includes a functional group capable of binding to nanoparticles, and the functional group may be an amine group, a carboxyl group, a thiol group, or a hydroxide group, preferably a hydroxyl group. It may be a side group. Therefore, a thermal decomposition technique used in manufacturing magnetic nanoparticles can be used for nanoparticle coating. Specifically, by reacting the iron oxide nanoparticles with the glycol chitosan conjugate at a high temperature, the conjugate can be wrapped on the surface of the iron oxide nanoparticles by the -OH functional group present in the polysaccharide of glycol chitosan. This method has the advantage that the conjugate is stably coated on the surface of the nanoparticles by a large amount of -OH functional groups, but when reacted at high temperature for an excessively long time, the polysaccharide itself may be decomposed.

또한, 본 발명은 제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자로부터 형성된 온도감응형 하이드로겔;In addition, the present invention is a temperature-sensitive hydrogel formed from a first natural polymer and a second natural polymer;

상기 하이드로겔 내 포함되는, 신경세포 분화 특이적 프로모터, Creb 5' UTR 서열 및 리포터 유전자를 포함하는 신경세포로의 분화 추적용 벡터가 형질도입된 신경줄기세포; 및Neural stem cells transduced with a vector for tracking differentiation into neurons containing a neural cell differentiation-specific promoter, a Creb 5' UTR sequence, and a reporter gene contained in the hydrogel; and

분화된 신경세포 표면 항원에 특이적으로 결합하는 항체가 컨쥬게이션되어 있고 생체적합성 고분자로 코팅된 나노입자를 유효성분으로 포함하는 신경계 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.Provided is a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of neurological diseases, comprising nanoparticles coated with a biocompatible polymer and conjugated with an antibody that specifically binds to a differentiated neuronal cell surface antigen as an active ingredient.

앞서 기술한 바와 같이, 상기 온도감응형 하이드로겔, 상기 신경세포로의 분화 추적용 벡터가 형질도입된 신경줄기세포 및 상기 나노입자를 포함하는 시스템으로부터, 생체 내 신경줄기세포를 이식했을 때 분화된 신경세포의 생존과 분포를 관찰하면서 행동학적인 개선 효과가 나타나는 경우, 상기 신경줄기세포를 통한 신경계 질환의 치료 효과가 나타났음을 확인할 수 있다.As described above, the temperature-sensitive hydrogel, the neural stem cells transduced with the vector for tracking differentiation into neurons, and the system including the nanoparticles differentiated when the neural stem cells are transplanted in vivo. When the behavioral improvement effect is observed while observing the survival and distribution of

본 발명에 있어서, 상기 신경계 질환은 뇌졸중, 파킨슨씨 질환, 치매, 알츠하이머 질환, 헌팅턴 질환, 근위축성 측색 경화증, 기억력 저하, 중증근무력증, 진행성 핵상마비, 다계통 위축증, 본태성 진전증, 피질-기저핵 퇴행증, 미만성 루이소체 질환 및 픽병으로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다.In the present invention, the neurological disease is stroke, Parkinson's disease, dementia, Alzheimer's disease, Huntington's disease, amyotrophic lateral sclerosis, memory loss, myasthenia gravis, progressive supranuclear palsy, multiple system atrophy, essential tremor, cortical-basal nucleus degeneration It may be selected from the group consisting of disease, diffuse Lewy body disease, and Pick's disease.

본 발명의 약학적 조성물에 포함되는 약학적으로 허용되는 담체는 제제시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산칼슘, 미세결정성셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 약학적 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현탁제, 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다. 적합한 약학적으로 허용되는 담체 및 제제는 Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995)에 상세히 기재되어 있다.Pharmaceutically acceptable carriers included in the pharmaceutical composition of the present invention are commonly used in formulation, and include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, starch, acacia gum, calcium phosphate, alginate, gelatin, calcium silicate, microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, cellulose, water, syrup, methylcellulose, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil; it's not going to be The pharmaceutical composition of the present invention may further include a lubricant, a wetting agent, a sweetening agent, a flavoring agent, an emulsifying agent, a suspending agent, a preservative, and the like, in addition to the above components. Suitable pharmaceutically acceptable carriers and agents are described in detail in Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995).

본 발명의 약학적 조성물의 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여 방식, 환자의 연령, 체중, 성, 병적 상태, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하게 처방될 수 있다. 한편, 본 발명의 약학적 조성물의 투여량은 바람직하게는 1일 당 0.001-1000 ㎎/㎏(체중)이다.A suitable dosage of the pharmaceutical composition of the present invention is variously prescribed depending on factors such as formulation method, administration method, age, weight, sex, pathological condition, food, administration time, administration route, excretion rate and reaction sensitivity of the patient. can be Meanwhile, the dosage of the pharmaceutical composition of the present invention is preferably 0.001-1000 mg/kg (body weight) per day.

본 발명의 약학적 조성물은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 방법에 따라, 약학적으로 허용되는 담체 및/또는 부형제를 이용하여 제제화함으로써 단위 용량 형태로 제조되거나 또는 다용량 용기 내에 내입시켜 제조될 수 있다. 이때 제형은 오일 또는 수성 매질중의 용액, 현탁액 또는 유화액 형태이거나 엑스제, 분말제, 과립제, 정제 또는 캅셀제 형태일 수도 있으며, 분산제 또는 안정화제를 추가적으로 포함할 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention is prepared in unit dosage form by formulating using a pharmaceutically acceptable carrier and/or excipient according to a method that can be easily carried out by a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. or may be prepared by incorporation into a multi-dose container. In this case, the formulation may be in the form of a solution, suspension, or emulsion in oil or an aqueous medium, or may be in the form of an extract, powder, granule, tablet or capsule, and may additionally include a dispersant or stabilizer.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명은 온도감응형 하이드로겔 기반 세포 전달 시스템을 통하여, 현재 난관이 되고 있는 줄기 세포 치료제의 유효성 및 안전성 평가 기술을 확립하고자 한다. 임상적용이 가능한 세포치료법 개발에는 정확한 전임상 연구가 필수적이나 현재 국내의 연구수준은 매우 미흡한 수준이며, 본 연구는 다양한 동물 모델 개발과 이를 이용한 세포치료제 치료효능 검증 기술 확보를 포함하고 있으므로, 난치성 신경계 질환을 대상으로 한 실용화 연구 기술수준의 향상에 크게 기여할 수 있다. 따라서, 줄기세포의 생체 내 모니터링을 통해 임상적용의 문제점들을 해소함으로써 실질적으로 환자에 사용될 수 있는 기술을 제공할 수 있다.The present invention aims to establish a technology for evaluating the efficacy and safety of stem cell therapeutics, which is currently a challenge, through a temperature-sensitive hydrogel-based cell delivery system. Accurate preclinical research is essential for the development of cell therapy that can be applied clinically, but the current level of domestic research is very insufficient. It can greatly contribute to the improvement of the technical level of practical research targeting Therefore, it is possible to provide a technology that can be practically used in patients by solving the problems of clinical application through in vivo monitoring of stem cells.

도 1은 천연 고분자(콜라겐 및 키토산)를 합성한 하이드로겔을 이용하여 마이크로입자를 생성하면 pH에 따른 방출 시간을 조절할 수 있음을 보여준다.
도 2a 내지 2e는 캡슐링시 천연 고분자(콜라겐 및 키토산) 및 NaOH의 적합한 NaOH 농도를 나타낸 것이다(도 2a: 0.1 N, mixture pH: 5.5; 도 2b: 0.2 N, mixture pH: 약 6.6; 도 2c: 0.3 N, mixture pH: 8.4~8.4(최적); 도 2d: 0.4 N, mixture pH: 9.6~10; 도 2e: 0.5 N, mixture pH: 12~14 이상).
도 3은 계층 구조를 이용하여 콜라겐/키토산 하이드로젤에 신경줄기세포가 둘러싸인 입자를 제조하기 위한 미세유체칩을 도식화한 것이다.
도 4는 콜라겐/키토산 하이드로젤에 신경줄기세포가 둘러싸인 입자의 합성 과정을 도식화한 것이다.
도 5는 합성된 콜라겐/키토산 하이드로젤 입자를 나타낸 것으로, (A)는 실온의 미네랄 오일을 이용하여 제조한 입자이며, (B)는 37℃로 가온한 미네랄 오일을 이용하여 제조한 입자이다(배율 200x).
도 6은 유량별 입자의 직경 크기를 나타낸 것으로, (A)는 1배 유량, (B)는 1.5배 유량, (C)는 2배 유량이다(scale bar 25㎛), 배율 200x).
도 7은 NaOH의 농도를 미세조절하여 캡슐링 최적화 조건을 확립한 결과이다.
도 8은 온도감응형 하이드로겔 내에서 신경줄기세포가 신경세포로 분화가 진행됨을 나타낸 것이다.
도 9는 α-RFP-SPIO 제조 과정을 모식도로 나타낸 것이다.
도 10은 제타 포텐셜(Zeta-potential)을 측정하여 α-RFP 항체와 SPIO의 결합 여부를 검증한 것이다.
도 11은 UV-visible light 측정을 통한 α-RFP 항체와 SPIO의 결합 여부를 검증한 것이다.
도 12는 iron assay를 통한 α-RFP 항체와 SPIO의 결합 여부를 검증한 것이다.
도 13은 α-RFP-SPIO에 결합된 α-RFP 항체 농도를 측정한 것이다.
도 14는 GC-SPIO 및 α-RFP-SPIO의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.
도 15는 세포 표면 항원에 특이적으로 결합하는 SPIO를 나타낸 것이다.
도 16은 캡슐링한 세포 이식 후 체내 분포 및 생착을 확인한 결과이다.
도 17은 저산소 유발-허혈성 뇌손상으로 유도한 뇌졸중 동물모델을 구축한 후, 최적의 이식 시기 규명을 위한 시기별 뇌손상 MRI 영상을 촬영한 결과이다.
도 18은 신경세포 분화 시 세포표면 항원을 발현하는 줄기세포에 α-RFP-SPIO를 혼합하고 콜라겐/키토산으로 캡슐링하여 뇌졸중 마우스에 이식 4후에 촬영한 MRI 영상이다.
도 19는 마우스 신경줄기세포에 CherryPicker 형광 단백질 시스템을 도입시킨 후 캡슐링하여 마우스 뇌졸중 모델에 이식하였을 때의 이식 부위에서의 분화를 관찰한 것이다.
도 20은 본 발명의 전반적인 기술 요약을 나타내는 도면이다.
1 shows that when microparticles are generated using a hydrogel synthesized with natural polymers (collagen and chitosan), the release time according to pH can be controlled.
Figures 2a to 2e show suitable NaOH concentrations of natural polymers (collagen and chitosan) and NaOH upon encapsulation (Figure 2a: 0.1 N, mixture pH: 5.5; Figure 2b: 0.2 N, mixture pH: about 6.6; Figure 2c : 0.3 N, mixture pH: 8.4 to 8.4 (optimal); Fig. 2d: 0.4 N, mixture pH: 9.6 to 10; Fig. 2e: 0.5 N, mixture pH: more than 12 to 14).
3 is a schematic diagram of a microfluidic chip for producing particles surrounded by neural stem cells in collagen/chitosan hydrogel using a hierarchical structure.
4 is a schematic diagram of the synthesis process of particles surrounded by neural stem cells in collagen/chitosan hydrogel.
Figure 5 shows the synthesized collagen / chitosan hydrogel particles, (A) is a particle prepared using mineral oil at room temperature, (B) is a particle prepared using a mineral oil heated to 37 ℃ ( magnification 200x).
Figure 6 shows the size of the particle diameter for each flow rate, (A) is a one-fold flow rate, (B) is a 1.5-fold flow rate, (C) is a two-fold flow rate (scale bar 25㎛), magnification 200x).
7 is a result of establishing the encapsulation optimization conditions by fine-controlling the concentration of NaOH.
8 shows the differentiation of neural stem cells into neurons in the temperature-sensitive hydrogel.
9 is a schematic diagram illustrating the manufacturing process of α-RFP-SPIO.
FIG. 10 is a diagram illustrating whether the binding of the α-RFP antibody to SPIO is verified by measuring the zeta-potential.
11 is a verification of whether the binding of the α-RFP antibody and SPIO through UV-visible light measurement.
12 is to verify whether the binding of the α-RFP antibody and SPIO through the iron assay.
13 is a measurement of the concentration of α-RFP antibody bound to α-RFP-SPIO.
14 shows electron micrographs of GC-SPIO and α-RFP-SPIO.
15 shows SPIO that specifically binds to a cell surface antigen.
16 is a result of confirming the distribution and engraftment in the body after transplantation of encapsulated cells.
FIG. 17 shows the results of taking MRI images of brain injury at each stage to identify the optimal transplantation time after constructing an animal model of stroke induced by hypoxia-induced ischemic brain injury.
18 is an MRI image taken 4 after transplantation into a stroke mouse by mixing α-RFP-SPIO with stem cells expressing cell surface antigen during neuronal differentiation and encapsulating with collagen/chitosan.
19 is an observation of differentiation at the transplantation site when the CherryPicker fluorescent protein system was introduced into mouse neural stem cells and then encapsulated and transplanted into a mouse stroke model.
20 is a diagram illustrating an overall technical summary of the present invention.

이하, 본 출원을 실시예를 통해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 출원을 예시하는 것일 뿐 본 출원의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present application will be described in detail through examples. The following examples only illustrate the present application, but the scope of the present application is not limited to the following examples.

[실시예] [Example]

[실시예 1] 콜라겐 및 키토산을 이용한 세포 캡슐링 최적화 조건 확립[Example 1] Establishment of cell encapsulation optimization conditions using collagen and chitosan

1) 신경세포에 대해 무독성을 갖는 하이드로겔 물질 선정 1) Selection of hydrogel material that is non-toxic to nerve cells

신경줄기세포 및 분화된 신경세포에 대해 독성이 없는 물질로 콜라겐과 키토산을 선정하였다. 콜라겐과 키토산으로 합성한 하이드로겔을 이용하여 마이크로입자를 생성한 후, pH에 따른 방출 정도를 확인하였다(도 1). 도 1에서는, 콜라겐만으로 구성된 입자(Collagen), 콜라겐과 키토산을 혼합하여 제조한 입자(Collagen-Chitosan) 및 콜라겐 입자에 키토산을 코팅한 입자(Collagen-Chitosan Multi)에서의 pH에 따른 방출 정도를 확인하였다. 그 결과, 본 발명의 마이크로입자는 pH에 따라 방출 시간을 조절할 수 있음을 확인하였다.Collagen and chitosan were selected as substances that were not toxic to neural stem cells and differentiated neurons. After microparticles were generated using a hydrogel synthesized with collagen and chitosan, the degree of release according to pH was confirmed (FIG. 1). In FIG. 1, the release degree according to pH was confirmed in particles composed of only collagen (Collagen), particles prepared by mixing collagen and chitosan (Collagen-Chitosan), and particles coated with chitosan on collagen particles (Collagen-Chitosan Multi) did. As a result, it was confirmed that the microparticles of the present invention can control the release time according to the pH.

2) 콜라겐/키토산 하이드로겔 시스템을 이용한 세포 캡슐화(encapsulation) 2) Cell encapsulation using collagen/chitosan hydrogel system

2-1) 세포 독성 확인2-1) Confirmation of cytotoxicity

콜라겐과 키토산의 겔화는 각 성분의 농도 및 pH에 의해 조절된다. 즉, 콜라겐 및 키토산으로 합성한 하이드로겔을 이용한 입자는 종래의 히알루론산과 달리 세포 생존에 적합한 pH 환경을 맞추는 일이 필수적이다. 콜라겐과 키토산은 pH가 낮은 상태의 용액으로 존재하며, NaOH 첨가시 pH가 올라가면서 겔화가 급속도로 진행된다. 또한, 캡슐화에 사용할 NaOH의 농도는 세포에 손상을 주지 않도록 최종적으로 NaOH를 혼합하였을 때 pH가 중성에 가까워져야 한다. 또한, 겔로 굳히는 역할을 하는 NaOH의 농도에 의해서 겔화되는 속도를 조절할 수 있다. 이에, 콜라겐 및 키토산이 혼합된 혼합물의 pH 조절을 위한 물질인 NaOH의 세포독성을 나타내지 않는 농도를 선정하기 위해 다양한 농도 및 pH 조건에서 겔화에 최적화된 조건을 확립하였다(도 2a 내지 도 2e). The gelation of collagen and chitosan is controlled by the concentration and pH of each component. That is, it is essential that the particles using a hydrogel synthesized from collagen and chitosan adjust a pH environment suitable for cell survival, unlike conventional hyaluronic acid. Collagen and chitosan exist as solutions with a low pH, and when NaOH is added, the pH increases and gelation proceeds rapidly. In addition, the concentration of NaOH to be used for encapsulation should be close to neutral pH when NaOH is finally mixed so as not to damage the cells. In addition, the gelation rate can be controlled by the concentration of NaOH, which serves to solidify into a gel. Therefore, in order to select a concentration that does not show cytotoxicity of NaOH, a substance for pH control of a mixture of collagen and chitosan, conditions optimized for gelation were established at various concentrations and pH conditions ( FIGS. 2a to 2e ).

구체적으로, 신경줄기세포에 다양한 농도로 NaOH를 처리하여 분화시킨 후 트리판 블루(trypan blue) 염색을 통해 NaOH를 처리한 후의 생존한 신경세포를 계수하여 생존률 85% 이상을 무독성으로 판단하였다(도 2a 내지 도 2e). Specifically, after differentiation by treating the neural stem cells with NaOH at various concentrations, the surviving neurons after treatment with NaOH through trypan blue staining were counted to determine a survival rate of 85% or more as non-toxic (Fig. 2a). to Figure 2e).

그 결과, 0.3N 전후가 사용하기에 가장 적절한 NaOH의 농도로 관찰되었고, NaOH이 600 내지 700㎍의 범위(total 540㎕ volume Scale, 세포수 5.4x106개 기준)인 경우, 신경세포의 생존에 영향이 없는 것을 확인하였으며, 총 540 ㎕ volume 기준, 세포수 5X107 개 상태에서 콜라겐과 키토산의 최적의 혼합 비율을 [키토산 : 콜라겐 : N2 배지 : NaOH = 150 ㎕ : 150 ㎕ : 180 ㎕ : 54 ㎕]인 것으로 결정하였다. 이때 N2 배지는 DMEM/F12(Invitrogen, Carlsbad, CA), 4.4μM 인슐린, 100mg/L 트렌스페린(transferrin), 30nM 셀레나이트(selenite), 0.6μM 푸트레신(putrescine), 20nM 프로게스테론(progesterone), 200mM L-글루타민, 8.6mM D(+) 글루코오스, 20mM NaHCO3(Invitrogen)가 포함된 배지를 의미한다.As a result, around 0.3N was observed as the most appropriate concentration of NaOH to use, and when NaOH was in the range of 600 to 700 μg (total 540 μl volume Scale, based on the number of cells 5.4x10 6 ), the survival of neurons was It was confirmed that there was no effect, and the optimal mixing ratio of collagen and chitosan was determined in the state of 5X10 7 cells based on a total volume of 540 μl [chitosan: collagen: N2 medium: NaOH = 150 μl: 150 μl: 180 μl: 54 μl ] was determined. At this time, N2 medium was DMEM/F12 (Invitrogen, Carlsbad, CA), 4.4 μM insulin, 100 mg/L transferrin, 30 nM selenite, 0.6 μM putrescine, 20 nM progesterone, 200mM L-glutamine, 8.6mM D(+) glucose, 20mM NaHCO 3 It refers to a medium containing (Invitrogen).

또한, 낮은 온도에서 키토산, 콜라겐, 세포배양 배지를 먼저 섞은 뒤, NaOH, 세포 순으로 섞는 순서로 수행하는 것이 가장 세포에 손상을 주지 않으면서 천천히 굳힐 수 있다는 사실을 관찰하였으며, 순서를 변경하여 세포를 먼저 섞으면 낮은 pH에 의해 많은 수의 세포가 죽는 것을 확인하였다(데이터에 나타내지 않음).In addition, it was observed that mixing chitosan, collagen, and cell culture medium at a low temperature first, followed by NaOH, and then mixing the cells in that order, can harden slowly without damaging the cells. When mixed first, it was confirmed that a large number of cells were killed by low pH (data not shown).

2-2) 콜라겐 및 키토산으로 합성된 하이드로겔 입자의 합성2-2) Synthesis of hydrogel particles synthesized from collagen and chitosan

콜라겐 및 키토산으로 합성된 하이드로겔 입자의 합성을 위하여 기존에 알려진 방법을 응용하였다. 구체적으로, 계층 구조를 이용한 콜라겐 및 키토산으로 합성된 하이드로겔 입자의 합성을 위한 미세유체칩을 설계하였으며, 사출성형으로 미세유체칩을 제조하였다(도 3, 및 4).For the synthesis of hydrogel particles synthesized from collagen and chitosan, a previously known method was applied. Specifically, a microfluidic chip was designed for the synthesis of hydrogel particles synthesized from collagen and chitosan using a hierarchical structure, and the microfluidic chip was manufactured by injection molding ( FIGS. 3 and 4 ).

콜라겐과 키토산이 혼합된 콜라겐/키토산 혼합물이 미세유체칩을 통과하기 전에 겔화되는 현상을 방지하기 위해서, NaOH 농도를 636 ㎍으로 낮춰 겔화 시간을 늦췄으며, 대신 미세유체칩을 통과한 후 빠른 겔화를 위해 37℃로 가온한 미네랄 오일을 이용하여 입자를 수집하였다(도 5).In order to prevent the gelation of the collagen/chitosan mixture mixed with collagen and chitosan before passing through the microfluidic chip, the NaOH concentration was lowered to 636 μg to slow the gelation time. Particles were collected using mineral oil heated to 37° C. (FIG. 5).

입자의 합성은 하기의 방법으로 제조하였다:The synthesis of the particles was prepared by the following method:

□ 콜라겐/키토산 하이드로겔 내 줄기세포 캡슐화 프로토콜□ Stem cell encapsulation protocol in collagen/chitosan hydrogel

1. 시약 준비1. Reagent Preparation

- 콜라겐(Collagen): 8.91 mg/mL (0.02 N 아세트산 내) [Corning, 354249]- Collagen: 8.91 mg/mL (in 0.02 N acetic acid) [Corning, 354249]

- 키토산(Chitosan): 30 mg/mL (0.35 N 아세트산 내) [TCI, C0831]- Chitosan: 30 mg/mL (in 0.35 N acetic acid) [TCI, C0831]

- NaOH: 1 N (N2 배지 내)- NaOH: 1 N (in N 2 medium)

- N2 배지 + 신경줄기세포(고정) -N 2 medium + neural stem cells (fixed)

- Mineral Oil / 2% Span80- Mineral Oil / 2% Span80

2. 비드(Beads) 제조2. Beads Manufacturing

(1) 혼합(Mixing)(1) Mixing

- 부피 및 비율(Volume & Ratio)- Volume & Ratio

총 혼합물: 600 ㎕(콜라겐:키토산=5 mg/ml:5 mg/ml)Total mixture: 600 μl (collagen:chitosan=5 mg/ml:5 mg/ml)

NaOHNaOH
(1N)(1N)
8.91mg/ml Collagen8.91mg/ml Collagen
(0.02N AA) (0.02N AA)
30mg/ml Chitosan30mg/ml Chitosan
(0.35N AA) (0.35N AA)
DMEMDMEM
(10X)(10X)
DMEMDMEM
(1X)(1X)
PBSPBS
(1X)(1X)
D.WD.W. pHpH
(strip)(strip)
35㎕35 μl 337㎕337 μl 100㎕100 μl 30㎕30 μl 30㎕30 μl 30㎕30 μl 38㎕38 μl 7.47.4

① Collagen - Chitosan① Collagen - Chitosan Stirring / 30~50secStirring / 30~50sec ② DMEM - PBS - NaOH - DW② DMEM - PBS - NaOH - DW

(2) Inlet1 (2) Inlet1

30mL/Hr30mL/Hr

Mineral Oil / 50uM Span80Mineral Oil / 50uM Span80

(3) Inlet2(3) Inlet2

- 2mL/Hr- 2mL/Hr

*25㎛ 기공 크기의 스텐실 사용*Use a 25㎛ pore size stencil

3. 겔링화3. Gelling

- 콜라겐/키토산 캡슐(Collagen/Chitosan Capsule)을 받는 용기의 온도를 핫플레이트를 이용하여 40℃로 맞췄다.- The temperature of the container receiving the collagen/chitosan capsules was adjusted to 40°C using a hot plate.

- 수집한 비드를 37℃의 인큐베이터에서 30분간 배양하였다.- The collected beads were incubated for 30 minutes in an incubator at 37°C.

4. Oil 제거4. Oil removal

① 원심분리(Centrifuge)① Centrifuge

a. 생성된 비드를 E-tube에 옮긴 후 원심분리하였다(100G, 10초).a. The resulting beads were transferred to an E-tube and centrifuged (100G, 10 seconds).

b. 원심분리 후 여액을 제거한 후 오일 패드를 이용하여 펠렛에 남아 있는 나머지 오일을 제거하였다.b. After centrifugation, the filtrate was removed and the remaining oil remaining in the pellet was removed using an oil pad.

c. 펠렛을 배지에 재분산하였다. c. The pellet was redispersed in the medium.

그 결과, 도 5에서 보는 바와 같이, 실온 상태의 미네랄 오일을 사용한 경우(도 5에서 A), 입자간 결합으로 인해 평균 직경 크기가 점점 커지는 경향을 보였으나, 37℃를 유지시킨 미네랄 오일을 사용한 결과(도 5에서 B), 겔화가 빠르게 진행되어 보다 안정적인 직경 크기의 콜라겐-키토산 입자를 얻을 수 있었다. 즉, 본 발명은 인체의 온도 부근에서 겔을 형성하는, 콜라겐과 키토산으로 합성된 온도감응형 하이드로겔을 이용한 입자를 제공할 수 있다.As a result, as shown in FIG. 5, when mineral oil at room temperature was used (A in FIG. 5), the average diameter size tended to gradually increase due to interparticle bonding, but when mineral oil maintained at 37°C was used. As a result (B in FIG. 5), the gelation proceeded rapidly, and collagen-chitosan particles having a more stable diameter were obtained. That is, the present invention can provide particles using a temperature-sensitive hydrogel synthesized from collagen and chitosan, which forms a gel near the temperature of the human body.

또한, 미세유체칩을 이용한 콜라겐/키토산으로 캡슐화된 세포 입자 제조시, 제조 시간이 5분에 가까워지면 콜라겐/키토산이 겔화되어 미세유체칩을 막는 현상이 발생하였다. 이 문제를 해결하기 위해서 유량별 입자의 직경 크기를 확인한 결과, 유량이 많아질수록 콜라겐/키토산 하이드로겔 입자가 미세유체칩을 막는 현상이 줄어듦을 확인함으로써, 미세유체칩에 하이드로겔과 미네랄 오일의 주입 속도를 증가시켜 막힘 현상을 최소화할 수 있음을 확인할 수 있었다(도 6).In addition, when the cell particles encapsulated with collagen/chitosan were prepared using the microfluidic chip, when the production time approached 5 minutes, the collagen/chitosan gelled and the microfluidic chip was blocked. In order to solve this problem, as a result of checking the particle diameter size for each flow rate, it was confirmed that as the flow rate increases, the phenomenon that the collagen/chitosan hydrogel particles block the microfluidic chip decreases. It was confirmed that the clogging phenomenon could be minimized by increasing the injection rate (FIG. 6).

또한, 콜라겐-키토산 하이드로겔로 캡슐화(encapsulation)한 세포를 형광현미경을 통해 관찰한 결과(도 7), 세포가 하이드로겔 내부에 함입되어 있음을 관찰할 수 있었다. 또한, 도 7을 통해 본 발명에서 확립한 NaOH의 미세 조절(NaOH 0.257~0.263N)을 통한 단일세포 수준에 가깝게 캡슐링하는 적절한 조건을 나타내었다.In addition, as a result of observing cells encapsulated with collagen-chitosan hydrogel through a fluorescence microscope (FIG. 7), it was observed that the cells were encapsulated inside the hydrogel. In addition, through Fig. 7, it shows the appropriate conditions for encapsulating close to the single cell level through the fine control of NaOH (NaOH 0.257 ~ 0.263N) established in the present invention.

3) 콜라겐과 키토산을 이용한 세포표면항원 발현 신경줄기세포의 캡슐링 3) Encapsulation of cell surface antigen-expressing neural stem cells using collagen and chitosan

히알루론산을 대체하여 세포 내 독성이 없는 것이 확인된 온도감응형 하이드로겔 성분인 콜라겐과 키토산을 단일세포 캡슐링 기술에 도입하였다. 세포 캡슐링은 단일세포 단위로 세포를 둘러싸야 하고 세포들 전체를 둘러싸는 온도감응형 하이드로겔보다 단단한 점도로 굳어야 하기 때문에, 기존에 사용하던 콜라겐과 키토산의 농도를 높였다. 콜라겐과 키토산은 pH에 매우 민감하게 반응하므로 다양한 조건으로 실험을 수행하여 최적의 조건을 구축하였다.Collagen and chitosan, which are temperature-sensitive hydrogel components that have been confirmed to have no intracellular toxicity by replacing hyaluronic acid, were introduced into single cell encapsulation technology. Since the cell encapsulation has to surround the cells as a single cell unit and harden to a higher viscosity than the temperature-sensitive hydrogel that surrounds the entire cell, the concentration of collagen and chitosan used in the past was increased. Since collagen and chitosan react very sensitively to pH, experiments were performed under various conditions to establish optimal conditions.

대한민국 특허 10-2019-0003253에 기술된 내용으로, 신경줄기세포에 Synapsin1 프로모터에 의해 CherryPicker 형광 단백질이 발현되는 렌티바이러스를 도입시킨 후, 상기 신경줄기세포를 콜라겐과 키토산에 혼합하여 세포 캡슐링을 진행한 후 형광 현미경으로 관찰하였다(도 8). As described in Korean Patent 10-2019-0003253, after introducing a lentivirus expressing CherryPicker fluorescent protein by the Synapsin1 promoter into neural stem cells, the neural stem cells are mixed with collagen and chitosan to perform cell encapsulation It was observed with a fluorescence microscope (FIG. 8).

4) 신경줄기세포가 신경세포로 분화할 때 미치는 온도감응형 하이드로겔의 효과 확인 4) Confirmation of effect of temperature-sensitive hydrogel when neural stem cells differentiate into neurons

온도감응형 하이드로겔이 신경세포 분화에 방해가 되는지 확인하기 위하여 세포표면에 CherryPicker 형광 단백질이 발현되는 신경줄기세포를 온도감응형 하이드로겔로 굳힌 뒤 5일 동안 200μM의 아스코르브산(AA, Sigma, St Louis, MO)이 포함된 무혈청 N2 배지 내에서 분화를 유도하였다. 5% CO2 배양기에서 37℃ 배양을 유지하고, 이틀에 한번씩 배지를 갈아주었다.In order to check whether the temperature-sensitive hydrogel interferes with neuronal differentiation, neural stem cells expressing CherryPicker fluorescent protein on the cell surface were hardened into a temperature-sensitive hydrogel, and 200 μM ascorbic acid (AA, Sigma, St Louis) was added for 5 days. , MO) was induced to differentiate in serum-free N2 medium. The culture was maintained at 37° C. in a 5% CO 2 incubator, and the medium was changed once every two days.

그 결과(도 8), 신경줄기세포가 하이드로겔 안에서 신경세포로 분화하여 세포질이 나뭇가지처럼 뻗는 모양을 관찰할 수 있었고, 신경세포 표지인자인 neuron-specific Class III β-tubulin (TUJ1)이 하이드로겔에 전체적으로 분포하여 발현하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 세포 이식시 온도감응형 하이드로겔을 사용하여도 이식된 세포가 성숙한 신경세포로 분화하는 데에는 전혀 방해가 되지 않는다는 것을 알 수 있다.As a result (FIG. 8), the neural stem cells differentiated into neurons in the hydrogel and the shape of the cytoplasm stretched out like a tree branch was observed, and neuron-specific Class III β-tubulin (TUJ1), a neuron marker, was added to the hydrogel. It was confirmed that the expression was distributed throughout the Therefore, it can be seen that even when the temperature-sensitive hydrogel is used for cell transplantation, it does not interfere at all in the differentiation of the transplanted cells into mature neurons.

[실시예 2] 세포표면 항원 결합 α-RFP-SPIO 융합체 기반 분화세포 추적 기술 개발[Example 2] Development of cell surface antigen-binding α-RFP-SPIO fusion based differentiated cell tracking technology

1) α-RFP-SPIO 융합체 제조 1) Preparation of α-RFP-SPIO fusion

Superparamagnetic iron oxide (SPIO)는 MRI 추적이 가능한 나노조영제로서, 동물 뇌에 이식할 세포와 세포표면 특이 항원에 결합하는 SPIO를 결합시켜 이식 후 MRI로 추적 관찰할 수 있는 시스템을 구축하였다.Superparamagnetic iron oxide (SPIO) is a nanocontrast agent capable of MRI tracking, and a system that can be followed by MRI after transplantation was established by combining cells to be transplanted into the animal brain and SPIO that binds to cell surface-specific antigens.

1-1) α-RFP-Glycol Chitosan-SPIO (α-RFP-SPIO) 제조 1-1) Preparation of α-RFP-Glycol Chitosan-SPIO (α-RFP-SPIO)

α-RFP 항체를 SPIO에 결합시키기 위한 전 단계로서, SPIO에 글리콜 키토산(glycol chitosan)을 결합시켜 GC-SPIO를 제조하였다. 글리콜 키토산 이 코팅된 GC-SPIO에 항체를 컨쥬게이션(conjugation) 시키기 위하여 글루타르알데하이드(glutaraldehyde)를 링커로 사용하였다. 글루타르알데하이드의 말단 부위(terminal part)의 알데하이드기와 항체의 라이신(lysine)에 존재하는 아민기간의 EDC(1-ethyl-3-(4-dimethylaminopropyl)/NHS(N-hydroxysuccinimide) 반응을 이용하여 이를 컨쥬게이션시켜 α-RFP-SPIO를 제조하였다(도 9).As a pre-step for binding the α-RFP antibody to SPIO, GC-SPIO was prepared by binding glycol chitosan to SPIO. In order to conjugate the antibody to GC-SPIO coated with glycol chitosan, glutaraldehyde was used as a linker. This is done using the EDC (1-ethyl-3-(4-dimethylaminopropyl)/NHS (N-hydroxysuccinimide) reaction between the aldehyde group of the terminal part of glutaraldehyde and the amine group present in lysine of the antibody. α-RFP-SPIO was prepared by conjugation (FIG. 9).

1-2) α-RFP-SPIO 특성 분석 1-2) Characterization of α-RFP-SPIO

[제타 포텐셜 값 측정][Measurement of zeta potential value]

글리콜 키토산(GC)이 코팅된 SPIO에서의 제타 포텐셜(Zeta-potential) 값을 측정한 결과(도 10), GC-SPIO의 제타 포텐셜 값이 약 40 내지 60mv인 결과를 얻을 수 있었으며, 항체를 컨쥬게이션시킨 항체-GC-SPIO 경우 (-) 전하로 제타 포텐셜 값의 변화를 관찰할 수 있었다. 제타 크기(Zeta size)의 경우 나노입자에 리간드(ligand) 혹은 항체를 컨쥬게이션시키게 되면 유체역학적 직경(hydrodynamic size)이 감소하는 특징을 가지고 있어, 이와 같은 결과를 통해 정상적으로 α-RFP 항체가 GC-SPIO에 앵커링(anchoring)되었음을 알 수 있었다.As a result of measuring the zeta-potential value in the SPIO coated with glycol chitosan (GC) (FIG. 10), the result was obtained that the zeta potential value of GC-SPIO was about 40 to 60 mv, and the antibody was conjugated In the case of the gated antibody-GC-SPIO, a change in the zeta potential value was observed with a negative charge. In the case of zeta size, when a ligand or antibody is conjugated to nanoparticles, the hydrodynamic size is reduced. It was found that it was anchored to SPIO.

[자외 및 가시선 분광분석법(UV-visible light spectrophotometer)][UV-visible light spectrophotometer]

UV-visible light 실험의 경우, SPIO에 대한 정확한 흡광 피크(absorbance peak)에 대한 레퍼런스가 없어, 항체를 붙였을 때와 붙이지 않았을 때의 물질 각각을 측정한 결과 항체가 컨쥬게이션되었을 때 피크 시프팅(peak shifting)이 일어났으며, 이와 같은 변화를 통해 α-RFP 항체가 GC-SPIO에 결합했음을 유추하였다(도 11).In the case of UV-visible light experiment, there is no reference to the exact absorbance peak for SPIO, and as a result of measuring each material with and without antibody, peak shifting (peak) when the antibody is conjugated shifting) occurred, and it was inferred that the α-RFP antibody bound to GC-SPIO through this change ( FIG. 11 ).

[미량철 측정(Iron assay)][Iron assay]

미량철 측정 키트(Iron assay kit)를 이용하여 표준 곡선(standard curve)을 만들었을 때, R 제곱 값이 0.9944로 높은 상관관계(correlation)를 보였다. 각 well에 GC-SPIO와 α-RFP-GC-SPIO를 10 ㎕씩 넣어주고 흡광도 값을 측정하여 결과를 도출했을 때 각각 0.59 mM, 0.17 mM의 농도로 나와 이 값에 철 이온 MW (55.845 ㎍/mol)을 곱하여 9.5 ㎍/㎖ 단위의 α-RFP-GC-SPIO 농도를 구하였다(도 12).When a standard curve was created using an iron assay kit, the R-squared value was 0.9944, indicating a high correlation. 10 μl of GC-SPIO and α-RFP-GC-SPIO were added to each well, and absorbance values were measured. When the results were derived, the concentrations were 0.59 mM and 0.17 mM, respectively. mol) to obtain a concentration of α-RFP-GC-SPIO in the unit of 9.5 μg/ml ( FIG. 12 ).

RFP 항체를 이용하여 0 ~ 2 (mg/㎖)의 농도로 표준 곡선 형성 시 R 제곱 값이 0.9938로 높은 상관관계를 얻었다. α-RFP-GS-SPIO 샘플 (2 mg/㎖)을 N=5로 넣어주고 562 nm 파장에서 soft max pro 5X를 통해 측정하였다. BCA(Bicinchorinic acid) 분석법 특성상 버퍼를 넣었을 때의 색깔 변화를 통해 단백질의 양을 측정하는 것인데, SPIO 자체가 짙은 보라색이기 때문에 상수(blank) 값으로 간주하여 SPIO를 562 nm에서 측정하여 얻은 값을 상수로 두고 각 샘플의 측정값에서 상수로 빼주었다. 그 결과(도 13), 2000 ㎍/㎖의 α-RFP-GC-SPIO에 약 630 ㎍/㎖의 α-RFP 항체가 붙어 있음을 알 수 있었다.When the RFP antibody was used to form a standard curve at a concentration of 0 to 2 (mg/ml), a high correlation was obtained with an R-squared value of 0.9938. The α-RFP-GS-SPIO sample (2 mg/ml) was put into N=5 and measured through soft max pro 5X at 562 nm wavelength. BCA (Bicinchorinic acid) analysis method measures the amount of protein through color change when buffer is added. Since SPIO itself is dark purple, it is regarded as a constant (blank) value, and the value obtained by measuring SPIO at 562 nm is a constant. and subtracted as a constant from the measured values of each sample. As a result (FIG. 13), it was found that about 630 μg/ml of α-RFP antibody was attached to 2000 μg/ml of α-RFP-GC-SPIO.

[전자현미경 관찰][Electron Microscope Observation]

전자현미경을 통하여 GC-SPIO 및 α-RFP-SPIO의 나노 입자 형태를 관찰한 결과(도 14), 두 가지 모두 적절한 크기로 나노입자를 형성하고 있음을 검증하였다.As a result of observing the nanoparticle morphology of GC-SPIO and α-RFP-SPIO through an electron microscope (FIG. 14), it was verified that both of them formed nanoparticles of an appropriate size.

2) α-RFP-SPIO의 세포 표면 항원 결합 특이성 분석 2) Analysis of cell surface antigen binding specificity of α-RFP-SPIO

합성한 α-RFP-SPIO가 RFP 항원에만 특이적으로 잘 결합하는지 확인하기 위하여 세포 표면에 CherryPicker 형광 단백질이 발현되는 신경줄기세포와 합성한 α-RFP-SPIO를 혼합하여 프러시안 블루(Prussian blue) 염색법으로 확인하였다. 그 결과(도 15), Cherrypicker 형광 단백질이 발현되는 신경줄기세포에만 α-RFP-SPIO가 특이적으로 결합하여 푸른색을 띄는 것을 관찰할 수 있었다. 뿐만 아니라 면역염색법으로 SPIO의 RFP 항체에 결합하는 2차 항체 (Alexa 488)를 반응 시에도 형광이 잘 발현되며 이는 Cherrypicker 발현과 일치하는 것을 확인하였다(도 15).In order to check whether the synthesized α-RFP-SPIO specifically binds well to the RFP antigen, neural stem cells expressing CherryPicker fluorescent protein on the cell surface and synthesized α-RFP-SPIO are mixed with Prussian blue staining method was confirmed as As a result (FIG. 15), it was observed that α-RFP-SPIO was specifically bound to neural stem cells expressing Cherrypicker fluorescent protein and exhibited a blue color. In addition, it was confirmed that fluorescence was well expressed when reacting with a secondary antibody (Alexa 488) that binds to the RFP antibody of SPIO by immunostaining method, which is consistent with Cherrypicker expression (FIG. 15).

3) 캡슐링 세포를 동물에 이식하여 안정성 및 기능 확인 3) Confirmation of stability and function by implanting encapsulating cells into animals

캡슐링한 신경줄기세포를 동물 뇌에 이식하였을 때, 생체 내에서 신경줄기세포가 생존하여 분화할 수 있는지 확인하였다. CherryPicker 형광 단백질이 발현되는 신경줄기세포를 α-RFP-SPIO와 결합시킨 후 단일세포 캡슐링을 수행하고, 다음 날 래트 뇌에 이식하여 수술 3일 뒤 이식된 세포를 조직염색법으로 관찰하였다. 그 결과(도 16), 이식된 부위에 CherryPicker 형광 단백질이 발현되는 세포들이 모여 있는 것을 확인하였고, 신경세포 표지인자인 TUJ1 단백질도 발현, 이식한 세포들이 신경세포로 분화된 것을 알 수 있었다.When the encapsulated neural stem cells were transplanted into the animal brain, it was confirmed whether the neural stem cells could survive and differentiate in vivo. After combining the neural stem cells expressing CherryPicker fluorescent protein with α-RFP-SPIO, single-cell encapsulation was performed. The cells were transplanted into the rat brain the next day, and the transplanted cells were observed by tissue staining 3 days after surgery. As a result (FIG. 16), it was confirmed that cells expressing CherryPicker fluorescent protein were gathered at the transplanted site, and TUJ1 protein, a neuronal marker, was also expressed, indicating that the transplanted cells were differentiated into neurons.

[실시예 3] 뇌졸중 모델에서의 효과 확인[Example 3] Confirmation of effect in stroke model

저산소유발-허혈성 뇌손상(hypoxic-ischemic brain injury)을 통한 뇌졸중 동물모델을 구축하였으며, 최적의 이식 시기 규명을 위한 시기별 뇌손상 MRI 영상을 촬영하였다(도 17). A stroke animal model was established through hypoxic-ischemic brain injury, and brain injury MRI images were taken for each period to identify the optimal transplantation time (FIG. 17).

α-RFP-SPIO와 하이드로젤로 캡슐링한 마우스 신경줄기세포를 뇌졸중 동물 모델의 급성 시기에 이식 4주 후 이식된 세포를 MRI를 통해 관찰하였다(도 18). 그 결과, SPIO-RFP tagging mNPCs 그룹에서만 이식된 세포와 세포표면 특이 항원(RFP)에 결합하는 SPIO를 MRI로 추적 관찰할 수 있었다.Mouse neural stem cells encapsulated with α-RFP-SPIO and hydrogel were observed through MRI 4 weeks after transplantation in the acute phase of the stroke animal model ( FIG. 18 ). As a result, only the SPIO-RFP tagging mNPCs group was able to follow up SPIO binding to transplanted cells and cell surface specific antigen (RFP) by MRI.

또한, 뇌에 캡슐링되지 않은(non-capsuling) mNPCs (RFP tagging mNPCs)와 SPIO 및 하이드로겔 캡슐링 mNPCs 이식 4주 후, 조직학적 검사를 통해 세포의 생존 여부 및 분화 여부를 관찰한 결과(도 19), 이식된 세포가 신경세포 표지자인 βIII-튜불린과 성상교세포 표지자인 GFAP와 함께 염색이 되는 것을 관찰할 수 있었다.In addition, 4 weeks after transplantation of non-capsuling mNPCs (RFP tagging mNPCs) and SPIO and hydrogel-encapsulated mNPCs in the brain, the results of observing the survival and differentiation of cells through histological examination (Fig. 19), it was observed that the transplanted cells were stained with βIII-tubulin, a neuronal marker, and GFAP, an astrocyte marker.

<110> INDUSTRY-UNIVERSITY COOPERATION FOUNDATION HANYANG UNIVERSITY <120> In vivo monitoring system for neural stem cell therapy based on neuronal differentiation specific surface antigen expression <130> P20U10C0814 <150> KR 10-2019-0021691 <151> 2019-02-25 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 480 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synapsin promoter_pSYN <400> 1 ctagactgca gagggccctg cgtatgagtg caagtgggtt ttaggaccag gatgaggcgg 60 ggtgggggtg cctacctgac gaccgacccc gacccactgg acaagcaccc aacccccatt 120 ccccaaattg cgcatcccct atcagagagg gggaggggaa acaggatgcg gcgaggcgcg 180 tgcgcactgc cagcttcagc accgcggaca gtgccttcgc ccccgcctgg cggcgcgcgc 240 caccgccgcc tcagcactga aggcgcgctg acgtcactcg ccggtccccc gcaaactccc 300 cttcccggcc accttggtcg cgtccgcgcc gccgccggcc cagccggacc gcaccacgcg 360 aggcgcgaga taggggggca cgggcgcgac catctgcgct gcggcgccgg cgactcagcg 420 ctgcctcagt ctgcggtggg cagcggagga gtcgtgtcgt gcctgagagc gcagtcggga 480 480 <210> 2 <211> 147 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Creb 5' UTR <400> 2 cggctgggag aagccgagtg ttggtgagtg acgcggcgga ggtgtagttt gacgcggtgt 60 gttacgtggg ggagagaata aaactccagc gagatccggg ccgcgaacga aagcagtgac 120 ggaggagctt gtaccaccgg tgactag 147 <110> INDUSTRY-UNIVERSITY COOPERATION FOUNDATION HANYANG UNIVERSITY <120> In vivo monitoring system for neural stem cell therapy based on neuronal differentiation specific surface antigen expression <130> P20U10C0814 <150> KR 10-2019-0021691 <151> 2019-02-25 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 480 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synapsin promoter_pSYN <400> 1 ctagactgca gagggccctg cgtatgagtg caagtgggtt ttaggaccag gatgaggcgg 60 ggtgggggtg cctacctgac gaccgacccc gacccactgg acaagcaccc aacccccatt 120 ccccaaattg cgcatcccct atcagagagg gggaggggaa acaggatgcg gcgaggcgcg 180 tgcgcactgc cagcttcagc accgcggaca gtgccttcgc ccccgcctgg cggcgcgcgc 240 caccgccgcc tcagcactga aggcgcgctg acgtcactcg ccggtccccc gcaaactccc 300 cttcccggcc accttggtcg cgtccgcgcc gccgccggcc cagccggacc gcaccacgcg 360 aggcgcgaga taggggggca cgggcgcgac catctgcgct gcggcgccgg cgactcagcg 420 ctgcctcagt ctgcggtggg cagcggagga gtcgtgtcgt gcctgagagc gcagtcggga 480 480 <210> 2 <211> 147 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Creb 5' UTR <400> 2 cggctgggag aagccgagtg ttggtgagtg acgcggcgga ggtgtagttt gacgcggtgt 60 gttacgtggg ggagagaata aaactccagc gagatccggg ccgcgaacga aagcagtgac 120 ggaggagctt gtaccaccgg tgactag 147

Claims (12)

제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자로부터 형성된 온도감응형 하이드로겔;
상기 하이드로겔 내 포함되는, 신경세포 분화 특이적 프로모터, Creb 5' UTR 서열 및 리포터 유전자를 포함하는 신경세포로의 분화 추적용 벡터가 형질도입된 신경줄기세포; 및
상기 신경세포로의 분화 추적용 벡터에 의해 발현되는, 이식된 신경줄기세포로부터 분화된 신경세포의 표면 항원에 특이적으로 결합하는 항체가 컨쥬게이션되어 있고 생체적합성 고분자로 코팅된 나노입자를 포함하는 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
A temperature-sensitive hydrogel formed from a first natural polymer and a second natural polymer;
Neural stem cells transduced with a vector for tracking differentiation into neurons containing a neural cell differentiation-specific promoter, a Creb 5' UTR sequence, and a reporter gene contained in the hydrogel; and
A neural line comprising nanoparticles coated with biocompatible polymer and conjugated with an antibody that specifically binds to the surface antigen of neurons differentiated from transplanted neural stem cells, expressed by the vector for tracking differentiation into neurons A composition for tracing stem cell transplantation and differentiation.
제1항에 있어서,
제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자는 콜라겐, 키토산, 히알루론산(hyaluronic acid), 폴리-L-라이신, 폴리(4-비닐피리딘/디비닐벤젠), 키틴, 폴리(부타디엔/아크릴로니트릴) 아민 말단, 폴리에틸렌이민, 폴리아닐린, 폴리(에틸렌글리콜)비스(2-아미노에틸), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(비닐아민)하이드로클로라이드, 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(2-비닐피리딘N-옥사이드), 폴리-ε-Cbz-L-라이신, 폴리(2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리(알릴 아민), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(N_메틸비닐아민), 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(N-비닐피롤리돈) 및 폴리(4-아미노스티렌)으로 이루어진 군에서 각각 선택된 것인 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
According to claim 1,
The first natural polymer and the second natural polymer are collagen, chitosan, hyaluronic acid, poly-L-lysine, poly(4-vinylpyridine/divinylbenzene), chitin, poly(butadiene/acrylonitrile) amine Terminal, polyethyleneimine, polyaniline, poly(ethylene glycol)bis(2-aminoethyl), poly(N-vinylpyrrolidone), poly(vinylamine)hydrochloride, poly(2-vinylpyridine), poly(2- VinylpyridineN-oxide), poly-ε-Cbz-L-lysine, poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate), poly(allyl amine), poly(allylamine hydrochloride), poly(N_methylvinylamine) ), poly(diallyldimethylammonium chloride), poly(N-vinylpyrrolidone) and poly(4-aminostyrene), which are each selected from the group consisting of transplantation and differentiation tracking composition of neural stem cells.
제1항에 있어서,
생체적합성 고분자는 콜라겐, 키토산, 폴리-L-라이신, 폴리(4-비닐피리딘/디비닐벤젠), 키틴, 폴리(부타디엔/아크릴로니트릴) 아민 말단, 폴리에틸렌이민, 폴리아닐린, 폴리(에틸렌글리콜)비스(2-아미노에틸), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(비닐아민)하이드로클로라이드, 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(2-비닐피리딘N-옥사이드), 폴리-ε-Cbz-L-라이신, 폴리(2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리(알릴 아민), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(N_메틸비닐아민), 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(N-비닐피롤리돈) 및 폴리(4-아미노스티렌)으로 이루어진 군에서 각각 선택된 것인 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
According to claim 1,
Biocompatible polymers include collagen, chitosan, poly-L-lysine, poly(4-vinylpyridine/divinylbenzene), chitin, poly(butadiene/acrylonitrile) amine terminus, polyethyleneimine, polyaniline, poly(ethylene glycol)bis (2-aminoethyl), poly(N-vinylpyrrolidone), poly(vinylamine) hydrochloride, poly(2-vinylpyridine), poly(2-vinylpyridineN-oxide), poly-ε-Cbz- L-Lysine, poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate), poly(allyl amine), poly(allylamine hydrochloride), poly(N_methylvinylamine), poly(diallyldimethylammonium chloride), poly( N-vinylpyrrolidone) and poly(4-aminostyrene) composition for transplantation and differentiation tracking of neural stem cells, each selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
온도감응형 하이드로겔은 상온에서 졸 상태이며, 30℃ 이상에서는 겔화되는 것인 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
According to claim 1,
The temperature-sensitive hydrogel is in a sol state at room temperature, and gels at 30° C. or higher. A composition for implantation and differentiation tracking of neural stem cells.
제1항에 있어서,
온도감응형 하이드로겔 형성시, 제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자는 0.5 내지 2: 0.5 내지 2의 농도비로 포함되는 것인 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
According to claim 1,
When the temperature-sensitive hydrogel is formed, the first natural polymer and the second natural polymer are contained in a concentration ratio of 0.5 to 2: 0.5 to 2, the composition for transplantation and differentiation of neural stem cells.
제1항에 있어서,
온도감응형 하이드로겔의 형성은 0.2 내지 0.4 N 농도의 가교결합제에 의해 겔화되어 수행되는 것인 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
According to claim 1,
The composition for tracking the transplantation and differentiation of neural stem cells, wherein the formation of a temperature-sensitive hydrogel is performed by gelation with a crosslinking agent at a concentration of 0.2 to 0.4 N.
제1항에 있어서,
상기 나노입자는 무기 나노입자인, 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
According to claim 1,
The nanoparticles are inorganic nanoparticles, a composition for tracking transplantation and differentiation of neural stem cells.
제7항에 있어서,
상기 무기 나노입자는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 가돌리늄(Gd), 이들의 산화물 또는 이들의 합금(alloy)으로 이루어진 군에서 선택되는 자성 나노입자(magnetic nanoparticle)인, 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
8. The method of claim 7,
The inorganic nanoparticles are magnetic nanoparticles selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), gadolinium (Gd), oxides thereof or alloys thereof magnetic nanoparticles), a composition for tracking transplantation and differentiation of neural stem cells.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체적합성 고분자는 나노입자와 결합할 수 있는 기능기를 포함하는 것인, 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
The biocompatible polymer comprises a functional group capable of binding to nanoparticles, a composition for tracking transplantation and differentiation of neural stem cells.
제9항에 있어서,
상기 기능기는 아민기, 카복실기, 티올기, 또는 하이드록사이드기인, 신경줄기세포의 이식 및 분화 추적용 조성물.
10. The method of claim 9,
The functional group is an amine group, a carboxyl group, a thiol group, or a hydroxide group, a composition for tracking transplantation and differentiation of neural stem cells.
제 1 천연 고분자 및 제 2 천연 고분자로부터 형성된 온도감응형 하이드로겔;
상기 하이드로겔 내 포함되는, 신경세포 분화 특이적 프로모터, Creb 5' UTR 서열 및 리포터 유전자를 포함하는 신경세포로의 분화 추적용 벡터가 형질도입된 신경줄기세포; 및
상기 신경세포로의 분화 추적용 벡터에 의해 발현되는, 이식된 신경줄기세포로부터 분화된 신경세포의 표면 항원에 특이적으로 결합하는 항체가 컨쥬게이션되어 있고 생체적합성 고분자로 코팅된 나노입자를 유효성분으로 포함하는 신경계 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물.
A temperature-sensitive hydrogel formed from a first natural polymer and a second natural polymer;
Neural stem cells transduced with a vector for tracking differentiation into neurons containing a neural cell differentiation-specific promoter, a Creb 5' UTR sequence, and a reporter gene contained in the hydrogel; and
An antibody that specifically binds to the surface antigen of neurons differentiated from transplanted neural stem cells, expressed by the vector for tracking differentiation into neurons, is conjugated, and nanoparticles coated with a biocompatible polymer are used as an active ingredient. A pharmaceutical composition for the prevention or treatment of neurological diseases, including.
제11항에 있어서,
상기 신경계 질환은 뇌졸중, 파킨슨씨 질환, 치매, 알츠하이머 질환, 헌팅턴 질환, 근위축성 측색 경화증, 기억력 저하, 중증근무력증, 진행성 핵상마비, 다계통 위축증, 본태성 진전증, 피질-기저핵 퇴행증, 미만성 루이소체 질환 및 픽병으로 이루어진 군에서 선택된 것인 신경계 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물.
12. The method of claim 11,
The nervous system disease is stroke, Parkinson's disease, dementia, Alzheimer's disease, Huntington's disease, amyotrophic lateral sclerosis, memory loss, myasthenia gravis, progressive supranuclear palsy, multiple system atrophy, essential tremor, cortical-basal nucleus degeneration, diffuse Lewy body A pharmaceutical composition for preventing or treating neurological diseases that is selected from the group consisting of diseases and Pick's disease.
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