KR102416171B1 - Reprosomes, the exosomes capable of inducing reprogramming of cells and the preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

염색질 리모델링(chromatin remodeling)에 관여하는 유전자의 RNA를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 유전자는 MAPK(mitogen-activated protein kinase) 신호전달체계 상의 인산화효소 유전자 및 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 세포의 리프로그래밍을 유도하는 엑소좀인 리프로좀이 개시된다. 이러한 리프로좀은, 다루기 어려운 줄기세포 뿐 아니라 손쉽게 얻고 유지할 수 있는 체세포로부터도 초음파 처리라는 간단한 과정을 통해 수득할 수 있고, 상기 리프로좀을 세포와 공동배양하는 간단한 처리를 통해 한 종류의 세포를 원하는 기능을 갖는 다른 세포로 높은 효율로 단시간 내에 리프로그래밍할 수 있으며, 이렇게 수득한 세포는 화학물질이나 외래 전사인자의 유전체 내 도입없이 원하는 기능을 가지므로 세포 대체 요법에 좀더 적합한 안전성을 가지고 있다. 또한 리프로좀을 포함하는 조성물 및 이를 신체 부위에 처리하여 상기 처리 부위에 존재하는 세포가 원하는 기능을 갖는 표적 세포로 리프로그래밍되도록 촉진함으로써 조직 재생에 이용할 수 있는 용도를 개시한다.It is characterized in that it contains RNA of a gene involved in chromatin remodeling, wherein the gene includes a kinase gene and a gene having histone modification activity on MAPK (mitogen-activated protein kinase) signaling system. A liposome, an exosome that induces reprogramming of cells, is disclosed. Such liposomes can be obtained from difficult-to-handle stem cells as well as from somatic cells that can be easily obtained and maintained through a simple process of sonication, and through a simple treatment of co-culturing the liposomes with cells, one type of cell can be reprogrammed with high efficiency and in a short time into other cells with the desired function, and the obtained cells have the desired function without the introduction of chemicals or foreign transcription factors into the genome, so they have a more suitable safety for cell replacement therapy. . Also disclosed are a composition comprising a liposome and its use for tissue regeneration by treating a body part with the same to promote reprogramming of cells present at the treated site into target cells having a desired function.

Description

세포의 리프로그래밍을 유도하는 리프로좀 및 그 제조 방법{REPROSOMES, THE EXOSOMES CAPABLE OF INDUCING REPROGRAMMING OF CELLS AND THE PREPARATION METHOD THEREOF}Liposome inducing reprogramming of cells and method for manufacturing the same

본 발명은 세포의 리프로그래밍을 유도할 수 있는 엑소좀인 리프로좀 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염색질 리모델링 인자(chromatin remodeling factor)를 다량 포함하는 리프로좀, 그리고 리프로좀을 높은 수율로 제조할 수 있는 방법 및 상기 방법으로 제조된 리프로좀의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a liposome, which is an exosome capable of inducing reprogramming of cells, and a method for manufacturing the same, and more particularly, a liposome containing a large amount of chromatin remodeling factor, and a liposome It relates to a method capable of producing in a high yield, and to the use of the liposome prepared by the method.

엑소좀은 자연적으로 분비되는 30 내지 200 nm 직경의 나노소낭으로, 유래 세포로부터 유전물질을 운반하는 중요한 나노매개체로 작용할 수 있음이 알려져 있다. 엑소좀이 mRNA 전달을 통해 목표 세포에 표현형을 변화시킬 수 있다는 발견 이래로, 여러 연구에 의해 엑소좀이 세포 분화 등에 관여한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 기존의 연구에서는 엑소좀을 얻기 위한 세포 또는 엑소좀을 이용하여 분화나 표현형 변화를 유도하는 대상으로 줄기세포 및 전구세포를 사용했는데, 이들 세포는 분리 및 증폭에 세심한 과정이 요구되어 효율성 및 경제성 측면의 문제가 있다. 따라서 쉽게 얻을 수 있는 환자의 체세포로부터, 원하는 방향으로 세포를 변화시킬 수 있는 인자들을 담은 엑소좀 분비를 유도하고, 또한 이러한 엑소좀을 이용하여 마찬가지로 손쉽게 얻을 수 있는 체세포를 원하는 기능을 갖는 다른 세포로 바꿀 수 있다면, 이는 세포 대체 요법의 임상 적용에 큰 도약이 될 것이다.Exosomes are naturally secreted nanovesicles with a diameter of 30 to 200 nm, and it is known that they can act as important nanomediators that transport genetic material from derived cells. Since the discovery that exosomes can change the phenotype of target cells through mRNA delivery, several studies have revealed that exosomes are involved in cell differentiation and the like. In these previous studies, stem cells and progenitor cells were used as targets for inducing differentiation or phenotypic changes using cells or exosomes to obtain exosomes. There is a problem with the side. Therefore, it induces secretion of exosomes containing factors that can change cells in a desired direction from somatic cells of the patient, which can be easily obtained, and also converts somatic cells, which can be obtained easily by using these exosomes, into other cells with desired functions. If it can be changed, it will be a huge leap forward for the clinical application of cell replacement therapy.

추가적으로, 최근 엑소좀 자체를 치료 목적으로 인체에 직접 사용할 수 있는 가능성이 다양하게 모색되고 있다. 엑소좀은 생물의약품(biologics) 분야에서 작은 분자, 펩타이드, 성장인자, 항체, 핵산 등의 생물약제(biopharmaceuticals)와 각종 세포나 혈소판과 같이 큰 의약품의 중간자적 위치에 있다. 즉, 생물약제에 비해 엑소좀은 다양한 단백질 및 핵산을 함유하고 있어 좀더 복잡하고 오래 가는 효과를 낼 수 있다. 또한, 세포와 비교해서도 다른 장점을 가진다. 즉, 세포를 생체에 주입하는 경우 예컨대 주입된 세포가 암세포로 전이할 수 있는 등 안전성에 대한 우려가 있다. 또한, 세포 치료를 위해 혈관으로 주입된 세포는 폐, 간, 비장 또는 신장 등 여과 기능을 가진 기관에서 걸러져 갇히는 것이 일반적으로, 상기와 같이 걸러진 세포들은 결국 작은 소포체 형태로 분해되어 인체에 영향을 미치게 되는 것으로 알려져 있다. 따라서 상기 세포들에서 분비될 수 있는 유효성분을 담고 있으면서 크기가 작은 엑소좀을 투여할 경우, 온전한 세포와는 다른 시공간적 치료효과를 좀더 안전하게 낼 수 있다. Additionally, the possibility of using the exosome itself directly on the human body for therapeutic purposes is being explored in various ways. In the field of biologics, exosomes are in an intermediate position between small molecules, peptides, growth factors, antibodies, and biopharmaceuticals such as nucleic acids and large pharmaceuticals such as various cells and platelets. That is, compared to biopharmaceuticals, exosomes contain a variety of proteins and nucleic acids, and thus can produce more complex and long-lasting effects. In addition, it has other advantages compared to cells. That is, when cells are injected into a living body, there is a concern about safety, for example, the injected cells may metastasize to cancer cells. In addition, cells injected into blood vessels for cell therapy are generally filtered and trapped in organs with a filtering function, such as lung, liver, spleen, or kidney. is known to be Therefore, when an exosome having a small size while containing an active ingredient that can be secreted from the cells is administered, it is possible to more safely produce a spatiotemporal therapeutic effect different from that of an intact cell.

그러나, 전술한 바와 같이 세포치료를 위한 도구 또는 치료제 자체로서 높은 가능성을 갖는 엑소좀은 현재 대량으로 생산하기가 어려운 실정이다. 예컨대 1 리터의 배지에서 배양한 6천만 개의 중간엽줄기세포로부터 얻을 수 있는 엑소좀은 포함된 단백질 함량 기준으로 1-2 mg을 얻을 수 있는 수준이다. 이는 마우스 몇 마리의 치료 실험에 사용할 수 있는 양으로, 인간의 경우, 예컨대 대숙주성 이식편병(Graft-versus-host disease, GVHD)의 치료를 위해 사용되는 엑소좀은 단백질 함량 기준으로 1회 환자 체중 kg 당 0.05에서 0.6 mg이 필요한 것으로 알려져 있다. 따라서 엑소좀을 임상적으로 사용하기 위해서는 수율을 높일 수 있는 기술이 요구된다.However, as described above, exosomes with high potential as a tool for cell therapy or as a therapeutic agent themselves are currently difficult to mass-produce. For example, exosomes that can be obtained from 60 million mesenchymal stem cells cultured in 1 liter of medium are at a level that can obtain 1-2 mg based on the included protein content. This is an amount that can be used for a treatment experiment in several mice, and in humans, for example, exosomes used for the treatment of Graft-versus-host disease (GVHD) are used for one patient based on protein content. It is known that 0.05 to 0.6 mg per kg body weight is required. Therefore, in order to use the exosomes clinically, a technology capable of increasing the yield is required.

본 발명은 현재 세포치료 및 엑소좀 치료제에 있어 존재하는 전술한 요구를 포함한 다양한 필요에 부응한 것이다. 즉, 세포치료에 일반적으로 사용되는 줄기세포는 분리와 증폭, 유지가 까다로우며, 그 분화의 방향성을 예측하기가 어렵고, 암으로의 발전 가능성이 있다는 문제가 있다. 추가적으로, 원하는 기능을 가지는 세포를 얻는 과정 또한 여러 단계의 분화를 거쳐 오래 걸리고, 전환 효율이 낮으며, 화학적 처리에 의해 이루어져 안전성을 확보하기가 어렵다. 따라서 쉽게 얻을 수 있는 세포를 세포치료에 사용할 수 있도록 하는 기술 및 원하는 기능을 가진 세포를 안전하게 높은 효율로 짧은 시간 내에 얻을 수 있는 기술에 대한 요구가 존재한다. 엑소좀 치료제의 경우, 치료에 충분한 양을 얻는 기술이 부족한 실정이다.The present invention responds to various needs, including the aforementioned needs, that exist in the current cell therapy and exosome therapy. That is, stem cells generally used for cell therapy are difficult to isolate, amplify, and maintain, and it is difficult to predict the direction of their differentiation, and there are problems that they may develop into cancer. In addition, the process of obtaining cells having a desired function also takes a long time through several stages of differentiation, has low conversion efficiency, and is difficult to secure safety due to chemical treatment. Therefore, there is a need for a technology that allows easily obtainable cells to be used for cell therapy and a technology that can safely and efficiently obtain cells with a desired function in a short time. In the case of exosome therapeutics, there is a lack of technology to obtain a sufficient amount for treatment.

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국제공개공보 WO2013/163296 (2013.10.31.)International Publication WO2013/163296 (2013.10.31.)

본 발명은 전술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 염색질 리모델링(chromatin remodeling)에 관여하는 유전자의 RNA를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 유전자는 MAPK(mitogen-activated protein kinase) 신호전달체계 상의 인산화효소 유전자 및 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자를 포함하여, 원하는 방향으로 세포의 리프로그래밍을 유도할 수 있는 리프로좀을 제공한다. The present invention has been devised to solve the above-mentioned problem, and an embodiment of the present invention is characterized in that it includes RNA of a gene involved in chromatin remodeling, and the gene is MAPK (mitogen-activated protein kinase) ) It provides a liposome capable of inducing reprogramming of cells in a desired direction, including a kinase gene on a signal transduction system and a gene having histone modification activity.

또한, 본 발명의 일 실시예는 세포에 초음파 자극을 제공하고, 세포가 없는 배양 배지에 초음파 자극을 제공하여, 상기 세포와 상기 배양 배지를 혼합하여 일정 시간 배양함으로써 전술한 리프로좀을 단시간에 다량 생산할 수 있는 제조방법을 제공한다. In addition, an embodiment of the present invention provides ultrasonic stimulation to cells, ultrasonic stimulation to a cell-free culture medium, mixes the cells with the culture medium, and incubates the above-mentioned liposomes in a short time. A manufacturing method capable of mass production is provided.

또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 리프로좀을 세포에 처리하여, 세포를 원하는 방향으로 효율적으로 리프로그래밍하는 방법을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a method for efficiently reprogramming the cell in a desired direction by treating the liposome to the cell.

또한, 본 발명의 세포의 리프로그래밍을 유도하는 상기 리프로좀을 포함하는 조성물을 제공한다. In addition, there is provided a composition comprising the liposome inducing reprogramming of the cell of the present invention.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른, 세포의 리프로그래밍을 유도할 수 있는 리프로좀은, 염색질 리모델링(chromatin remodeling)에 관여하는 유전자의 RNA를 포함하고, 상기 유전자는 MAPK(mitogen-activated protein kinase) 신호전달체계 상의 인산화효소 유전자 및 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자를 포함하는 것을 특징으로 한다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, the liposome capable of inducing reprogramming of a cell according to an aspect of the present invention includes RNA of a gene involved in chromatin remodeling, The gene is characterized in that it includes a kinase gene on a mitogen-activated protein kinase (MAPK) signal transduction system and a gene having histone modification activity.

여기서, 상기 MAPK 신호전달체계 상의 인산화효소 유전자는 BRAF, MAP2K3, MAP3K10, MAP3K4, MAP3K5, MAP3K7, MAPK12, RPS6KA4(MSK2), TAOK1 및 TAOK2로 구성된 군으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.Here, the kinase gene on the MAPK signaling system may be at least one selected from the group consisting of BRAF, MAP2K3, MAP3K10, MAP3K4, MAP3K5, MAP3K7, MAPK12, RPS6KA4 (MSK2), TAOK1 and TAOK2.

상기 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자는 ASH1L, CREBBP, DOT1L, EP300, GTF3C1, KAT2A, KAT6B, KDM1A, KDM3B, KDM6A, KMT2A, KMT2E, NCOA3, NSD1, SETD1A 및 SETD2로 구성된 군으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.The gene having the histone modification activity may be selected from the group consisting of ASH1L, CREBBP, DOT1L, EP300, GTF3C1, KAT2A, KAT6B, KDM1A, KDM3B, KDM6A, KMT2A, KMT2E, NCOA3, NSD1, SETD1A and SETD2. .

상기 리프로좀 내 총 RNA 중 소형RNA (small RNA) 비율이 40% 이상이고, 상기 소형RNA 중 마이크로RNA(miRNA) 비율이 40% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.It may be characterized in that the ratio of small RNA (small RNA) of the total RNA in the liposome is 40% or more, and the ratio of microRNA (miRNA) of the small RNA is 40% or more.

본 발명의 다른 일 측면은 세포에 초음파 자극을 제공하고, 세포가 없는 배양 배지에 초음파 자극을 제공하는 단계; 상기 세포와 상기 배양 배지를 혼합하여 일정 시간 배양하는 단계; 및 상기 혼합물에서 리프로좀을 분리하는 단계;를 포함하는, 세포의 리프로그래밍을 유도하는 리프로좀의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is to provide ultrasonic stimulation to cells, and to provide ultrasonic stimulation to a cell-free culture medium; Mixing the cells and the culture medium and culturing for a predetermined time; and separating the liposomes from the mixture; provides a method for producing liposomes inducing reprogramming of cells.

여기서, 상기 세포는 포유류 유래의 섬유아세포 또는 기관 내 조직세포 중 어느 하나일 수 있다.Here, the cells may be any one of mammalian-derived fibroblasts or tissue cells in organs.

상기 배양 배지는 배아줄기세포 배지, 신경줄기세포 배지, 심장줄기세포 배지, 모유두세포 배지, 중간엽줄기세포 배지, 골형성 배지, 근형성 배지, 조혈줄기세포 배지, 뉴런(neuron) 배지, 성상세포 배지, 희돌기세포 배지, 간세포(hepatocyte) 배지, 지방세포 배지, 근육세포 배지, 혈관내피세포 배지, 췌장 베타세포 배지, 또는 심근세포 배지 중 어느 하나일 수 있다.The culture medium includes embryonic stem cell medium, neural stem cell medium, cardiac stem cell medium, dermal papilla cell medium, mesenchymal stem cell medium, osteogenic medium, myogenic medium, hematopoietic stem cell medium, neuron medium, astrocyte medium , oligodendrocyte medium, hepatocyte medium, adipocyte medium, muscle cell medium, vascular endothelial cell medium, pancreatic beta cell medium, or cardiomyocyte medium may be any one.

상기 배양 배지는 신경줄기세포 배지, 모유두세포 배지, 간세포(hepatocyte) 배지, 지방세포 배지 중 어느 하나일 수 있다.The culture medium may be any one of neural stem cell medium, dermal papilla cell medium, hepatocyte medium, and adipocyte medium.

상기 세포에 제공되는 초음파 자극은 10 내지 30 KHz, 0.5 내지 3 W/cm2로 1 내지 10초 동안 수행되는 것일 수 있다.The ultrasonic stimulation provided to the cells may be performed for 1 to 10 seconds at 10 to 30 KHz, 0.5 to 3 W/cm 2 .

상기 배양 배지에 제공되는 초음파 자극은 10 내지 30 KHz, 1 내지 20 W/cm2로 1 내지 20분 동안 수행되는 것일 수 있다.Ultrasonic stimulation provided to the culture medium may be performed at 10 to 30 KHz, 1 to 20 W/cm 2 for 1 to 20 minutes.

상기 혼합물의 배양은 1 내지 10일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.The culture of the mixture may be characterized in that it proceeds for 1 to 10 days.

상기 리프로좀을 분리하는 단계는 상기 배양 후의 혼합물을 원심분리하여 상층액을 수득하는 단계; 상기 상층액을 필터로 여과하여 여과액을 수득하는 단계; 및 상기 여과액을 농축하는 단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 상층액을 필터로 여과하기 전에 4℃이하에서 7일 내지 1달 동안 보관하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 분리된 리프로좀은 직경이 50 내지 200 nm인 것을 특징으로 할 수 있다.Separating the liposome may include centrifuging the cultured mixture to obtain a supernatant; filtering the supernatant with a filter to obtain a filtrate; and concentrating the filtrate. Here, the step of storing the supernatant at 4° C. or less for 7 days to 1 month before filtering with a filter may be further included. The isolated liposome may have a diameter of 50 to 200 nm.

본 발명의 또 다른 일 측면은 리프로좀을 제1배양 배지에 혼입하는 단계; 상기 혼합물에서 제1 세포를 배양하는 단계; 및 상기 배양 후 제2 세포를 수득하는 단계;를 포함하는, 세포를 리프로그래밍하는 방법을 제공한다. Another aspect of the present invention comprises the steps of incorporating a liposome into the first culture medium; culturing the first cells in the mixture; and obtaining a second cell after the culturing; provides a method for reprogramming cells, including.

여기서, 상기 제1세포는 포유류 유래의 섬유아세포 또는 기관 내 조직세포 중 어느 하나일 수 있다. Here, the first cell may be any one of mammalian-derived fibroblasts or tissue cells in organs.

상기 제2세포는 만능성(pluripotency) 이하의 분화능을 가지는 세포인 것을 특징으로 할 수 있다.The second cell may be characterized as a cell having a differentiation capacity of less than pluripotency (pluripotency).

상기 제2세포는 배아줄기세포, 신경줄기세포, 심장줄기세포, 모유두세포, 중간엽줄기세포, 조혈줄기세포 중 어느 하나일 수 있다. The second cell may be any one of embryonic stem cells, neural stem cells, cardiac stem cells, dermal papilla cells, mesenchymal stem cells, and hematopoietic stem cells.

상기 제2세포는 신경줄기세포, 뉴런(neuron), 성상세포, 희돌기세포, 간세포(hepatocyte), 지방세포, 모낭세포, 근육세포, 혈관내피세포, 각질세포, 췌장 베타세포 또는 심근세포 중 어느 하나일 수 있다.The second cell is any one of neural stem cells, neurons, astrocytes, oligodendrocytes, hepatocytes, adipocytes, hair follicle cells, muscle cells, vascular endothelial cells, keratinocytes, pancreatic beta cells, or cardiomyocytes can be

상기 제2세포는 제1세포와 다른 종류인 것을 특징으로 할 수 있다.The second cell may be characterized in that it is different from the first cell.

상기 리프로좀은 107 내지 1015개/ml 농도로 제1배양 배지에 혼입되는 것을 특징으로 할 수 있다.The liposome may be characterized in that it is incorporated into the first culture medium at a concentration of 10 7 to 10 15 pieces/ml.

상기 제1 배양 배지는 상기 리프로좀을 제조할 때 사용한 배양 배지와 같은 것을 특징으로 할 수 있다.The first culture medium may be characterized as the same as the culture medium used to prepare the liposome.

상기 제2세포는 줄기세포, 간세포(progenitor cell) 또는 전구세포(precursor cell) 중 어느 하나이고, 상기 제1세포의 배양은 1 내지 6일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.The second cell may be any one of a stem cell, a progenitor cell, or a precursor cell, and the culture of the first cell may be performed for 1 to 6 days.

상기 제2세포는 뉴런(neuron), 성상세포, 희돌기세포, 간세포(hepatocyte), 지방세포, 모낭세포, 근육세포, 혈관내피세포, 각질세포, 췌장 베타세포 또는 심근세포 중 어느 하나이고, 제1세포의 배양은 10일 내지 60일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.The second cell is any one of neurons, astrocytes, oligodendrocytes, hepatocytes, adipocytes, hair follicles, muscle cells, vascular endothelial cells, keratinocytes, pancreatic beta cells, or cardiomyocytes; The culture of one cell may be characterized in that it proceeds for 10 to 60 days.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 세포의 리프로그래밍을 유도하는 리프로좀을 포함하는 조성물을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a composition comprising a liposome inducing reprogramming of the above-described cells.

본 발명의 일 실시예에 따른 리프로좀은 세포의 리프로그래밍을 유도할 수 있는 다양한 인자, 특히 염색질 리모델링 인자를 함유하며, 인지질 기반의 막구조를 가져 세포막 침투가 용이하여 물질의 전달 효율이 높으므로, 원하는 기능을 가지는 세포로의 리프로그래밍을 높은 효율로 유도할 수 있다. 예컨대, 기존의 인간 체세포를 이용한 신경세포 직접분화 효율은 0.1% 미만이지만, 리프로좀을 이용한 방법은 약 70%에 달한다.The liposome according to an embodiment of the present invention contains various factors capable of inducing reprogramming of cells, particularly chromatin remodeling factors, and has a phospholipid-based membrane structure to facilitate cell membrane penetration, resulting in high material delivery efficiency. Therefore, it is possible to induce reprogramming into a cell having a desired function with high efficiency. For example, the direct differentiation efficiency of neurons using conventional human somatic cells is less than 0.1%, but the method using liposomes reaches about 70%.

본 발명의 일 실시예에 따른 리프로좀의 제조방법은 분리 및 증폭 과정이 까다로운 줄기세포 및 전구세포는 물론 쉽게 얻을 수 있는 체세포로부터도, 초음파 처리라는 간단한 과정을 통해 리프로좀 분비를 다량 유도할 수 있다. 이렇게 유도된 엑소좀은 그 수율이 기존의 방법에 비해 높으며, 상기 엑소좀 내에 포함된 각종 인자의 양 및 수 역시 높다.The method for producing liposomes according to an embodiment of the present invention induces a large amount of liposome secretion through a simple process called sonication from easily obtainable somatic cells as well as stem cells and progenitor cells, which are difficult to separate and amplify. can do. The yield of the exosome induced in this way is higher than that of the conventional method, and the amount and number of various factors contained in the exosome is also high.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 리프로그래밍 방법은 화학물질이나 외래 전사인자의 유전체 내 도입 없이 원하는 기능을 가지는 세포로의 리프로그래밍을 안전하게 유도할 수 있다. 또한 상기 리프로그래밍 방법은 리프로좀을 배양 배지에 추가하여 세포를 배양하는 단순한 과정을 통해, 여러 발생 단계를 거칠 필요가 없이 비교적 단시간 내에 효율적으로 한 종류의 세포를 다른 세포로 리프로그래밍할 수 있다.The cell reprogramming method according to an embodiment of the present invention can safely induce reprogramming into a cell having a desired function without introducing a chemical or foreign transcription factor into the genome. In addition, the reprogramming method can efficiently reprogram one type of cell into another cell within a relatively short time without having to go through several development steps through a simple process of culturing cells by adding liposomes to a culture medium. .

본 발명의 일 실시예에 따른 리프로좀을 포함하는 조성물은 신체 부위에 처리하여 상기 처리 부위에 존재하는 세포들의 리프로그래밍을 촉진함으로써 상기 처리 부위의 조직 재생을 촉진할 수 있다.The composition including the liposome according to an embodiment of the present invention may promote tissue regeneration of the treated site by treating the body part to promote reprogramming of cells present in the treated part.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예1에 따라 유도된 신경전구세포(NPC) 유도능을 갖는 리프로좀 생성 데이터로, 초음파 처리한 세포(UHDF)와 처리하지 않은 세포(NHDF)에서 분비된 엑소좀(각각 iExo(리프로좀)과 nExo)의 형태를 확인한 전자현미경 이미지(a), CD63의 유도를 나타낸 면역형광염색 이미지(b), 엑소좀의 사이즈 분포와 수(c-d), 배양 시작 후 시간에 따른 엑소좀 분비량의 변화(e).
도 2는 본 발명의 실시예1에 따라 유도된 신경전구세포(NPC) 유도능을 갖는 리프로좀의 성분 데이터로, 엑소좀 내 RNA 농도(a), 상기 RNA로 발현된 유전자의 수(b), 상기 RNA 중 소형RNA와 miRNA의 양(c), 엑소좀 내 단백질 농도(d), 엑소좀 내 NPC 마커 mRNA(Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin) 및 miRNA(miR9, miR124a, miR125b 및 miR128-1)의 상대적 발현량(e-f), 신경 관련 mRNA(좌) 및 miRNA 발현을 나타낸 히트맵(g) 및 NPC 마커(Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin)와 엑소좀 마커(CD63)의 세포내 공동분포를 나타낸 면역형광염색 이미지(h).
도 3은 본 발명의 실시예1에 따라 분리한 신경전구세포(NPC) 유도능을 갖는 리프로좀의 NPC 유도능 분석 데이터로, 상기 세포를 유도하는 프로토콜의 모식도(a), 리프로좀(iExo) 처리 후 시간에 따른 리프로좀의 세포 내 유입을 나타낸 공초점 현미경 이미지(b), HDF의 형태 변화(c), NPC 마커(Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin) RNA에 대한 qRT-PCR 데이터(d), 상기 마커 단백질에 대한 면역형광염색 이미지 및 유세포분석 데이터(e-f), NSC 관련 유전자에 대한 클러스터 분석 데이터(g), 세포 분열 마커(Ki-67)에 대한 면역형광염색 이미지(h), 엑소좀 처리 농도에 따라 형성된 스페로이드의 수 및 NPC 마커(Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin) 발현량(i-j), 및 계대배양 6차 세포의 성장곡선(k).
도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 신경전구세포(rNPC)의 유도 기작 분석 데이터로, nExo와 리프로좀(iExo) 처리 세포군에서 나타난 염색질 리모델링 관련 유전자 발현 히트맵(a), 리프로좀 처리 후 시간에 따른 MAPK 신호전달체계 단백질(Erk1/2, p38 및 Msk1)의 인산화 정도를 나타낸 웨스턴 블랏 결과와 세포 내 면역형광염색 이미지(b-c), NPC 마커(Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin) RNA에 대한 qRT-PCR 데이터(d), 염색질 리모델링 지표(HP1α, H3K4me3, H3K27me3)에 대한 면역형광염색 데이터와 대조 염색 DAPI에 대한 상대적인 상기 지표들의 분포(e) 및 각 세포군에서의 신경 관련 유전자 발현 히트맵(f).
도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 rNPC의 in vitro 및 in vivo 분화능 분석 데이터로, 신경분화배지에서 4주 배양하여 분화시킨 rNPC의 신경 마커(뉴런 마커인 Map2 및 Tuj1, 성상세포 마커인 Gfap, 희돌기세포 마커인 O4)에 대한 면역형광염색 데이터(a), 상기 분화된 rNPC에 대한 전압 클램프 데이터와 활동 전위 데이터(b-c)로 나타낸 in vitro 분화능 데이터 및, 랫트 뇌에 이식 4주 이후 GFP-rNPC의 분포(d), 인간미토콘드리아 항체와 GFP를 이용한 면역형광염색결과(e)와 상기 신경 마커에 대한 면역형광염색 결과(f).
도 6은 본 발명의 실시예2에 따른 지방세포(adipocyte) 유도능을 갖는 리프로좀의 생성 데이터로, iExo(리프로좀)의 형태를 확인한 Nanosight 및 전자현미경 이미지(a), 엑소좀 마커인 CD63의 유도 및 CD63과 갈색지방세포 마커인 UCP1의 공존을 나타낸 면역형광염색 이미지(b-c) 및 분리된 리프로좀 내의 갈색지방세포 관련 mRNA/miRNA 및 지질합성관련 mRNA 특성 분석 RNA-seq 데이터(d).
도 7은 본 발명의 실시예2에 따른 갈색지방세포(rBA)의 면역형광염색 데이터로, 지질염색 시약인 AdipoRed, 인간 미토콘드리아 항체(HuMito) 및 갈색지방세포 마커인 UCP1에 대한 항체를 이용한 면역형광염색 이미지.
도 8은 본 발명의 실시예3에 따른 간세포(hepatocyte) 유도능을 갖는 리프로좀의 생성 데이터로, iExo(리프로좀)의 형태를 확인한 Nanosight 및 전자현미경 이미지(a), 엑소좀 마커인 CD63의 유도 및 CD63과 간세포 마커인 HNF1α의 공존을 나타낸 면역형광염색 이미지(b-c) 및 분리된 리프로좀 내의 간세포 관련 mRNA/miRNA 특성 분석 RNA-seq 데이터(d).
도 9는 본 발명의 실시예3에 따른 간세포(rH)의 면역형광염색 데이터로, 간세포 마커인 AFP, HNF4α, CK18 및 ALB에 대한 면역형광염색 이미지.
도 10은 본 발명의 실시예4에 따른 모발조직 분화 유도능을 갖는 리프로좀의 생성 데이터로, iExo(리프로좀)의 형태를 확인한 Nanosight 및 전자현미경 이미지(a), 엑소좀 마커인 CD63의 유도 및 CD63과 모발 재생에 중요한 단백질인 Shh의 공존을 나타낸 면역형광염색 이미지(b-c) 및 분리된 리프로좀 내의 모발 재생 관련 mRNA 특성 분석 RNA-seq 데이터(d).
도 11은 본 발명의 실시예4에 따른 모발재생능을 갖는 리프로좀에 의한 C57 및 누드 마우스 피부에서의 in vivo 유전자 발현 변화 데이터로, 친유성 마커인 Did로 표지한 리프로좀의 피부 도포 후 분포를 나타낸 형광염색 이미지(a-b), 상기 리프로좀 처리에 의한 모낭 재생 유전자의 발현 변화와 관련한 단백질(β-Catenin, Shh, Ki-67) 면역형광염색 이미지(c-d) 및 mRNA(Shh, β-Catenin, KRT-25, VCAN, Gli1, Lef1, Pct1, Tyrp1, Tyr, Mitf, Dct, Sfrrp4, DKK) qRT-PCR 데이터(e-f).
도 12는 본 발명의 실시예4에 따른 모발재생능을 갖는 리프로좀에 의한 C57 및 누드 마우스 피부에서의 조직 변화 데이터로, 피부 조직의 H&E 염색 이미지(a-b) 및 피하와 전체피부에서의 모낭 수 데이터(c-d).
도 13은 본 발명의 실시예4에 따른 모발재생능을 갖는 리프로좀에 의한 C57 및 누드 마우스 피부에서의 모발 재생 데이터로, 상기 엑소좀의 처리 농도 및 처리 후 시간에 따른 모발 생성 이미지(a-b).
도 14는 본 발명의 실시예5에 따른 상처치유능을 갖는 리프로좀의 생성 데이터로, 엑소좀 마커인 CD63의 유도를 나타낸 면역형광염색 이미지(a), 유도된 리프로좀 내의 상처치유 관련 유전자의 RNA를 분석한 qRT-PCR 데이터(b) 및 RNA-seq 데이터(c).
도 15는 본 발명의 실시예5에 따른 상처치유능을 갖는 리프로좀에 의한 in vitro 효과 데이터로, 상기 리프로좀을 여러 농도로 처리한 HDF에서의 세포증식 마커 Ki67 발현을 나타낸 면역형광염색 이미지(a), MTT assay로 측정한 HDF의 각 리프로좀 처리농도별 시간별 증식율(b), scratch assay로 측정한 HDF의 각 리프로좀 처리농도별 시간별 이동능(c-d), 리프로좀 처리 농도별 HUVEC의 tube 형성을 나타낸 광학현미경 이미지, 형성된 tube의 길이 및 교차점 수 (e-g), 리프로좀을 처리한 세포 내 상처치유 관련 유전자의 RNA를 분석한 qRT-PCR 데이터(h).
1 is liposome generation data having neural progenitor cell (NPC) inducing ability induced according to Example 1 of the present invention, exosomes secreted from sonicated cells (UHDF) and untreated cells (NHDF) Electron microscope image (a) confirming the morphology of (iExo (liposome) and nExo, respectively), immunofluorescence staining image showing CD63 induction (b), size distribution and number of exosomes (cd), time after incubation Changes in the amount of exosome secretion according to (e).
2 is component data of a liposome having neural progenitor cell (NPC) inducibility induced according to Example 1 of the present invention, the RNA concentration in the exosome (a), the number of genes expressed by the RNA (b) ), the amount of small RNA and miRNA in the RNA (c), the protein concentration in the exosome (d), the NPC marker mRNA (Sox1, Sox2, Pax6 and Nestin) and miRNA (miR9, miR124a, miR125b and miR128-) in the exosome 1) Relative expression level (ef), neuronal-related mRNA (left), and heat map showing miRNA expression (g), and intracellular co-distribution of NPC markers (Sox1, Sox2, Pax6 and Nestin) and exosome marker (CD63) Immunofluorescence staining image showing (h).
Figure 3 is the NPC inducing ability analysis data of the liposome having neural progenitor cell (NPC) inducing ability isolated according to Example 1 of the present invention. iExo) Confocal microscopy image showing intracellular influx of liposomes according to time after treatment (b), morphological change of HDF (c), and qRT-PCR data for NPC markers (Sox1, Sox2, Pax6 and Nestin) RNA (d), immunofluorescence staining image and flow cytometry data for the marker protein (ef), cluster analysis data for NSC-related genes (g), and immunofluorescence staining image for cell division marker (Ki-67) (h) , The number of spheroids formed according to the concentration of exosome treatment and the expression levels of NPC markers (Sox1, Sox2, Pax6 and Nestin) (ij), and the growth curve of subcultured cells (k).
4 is an analysis data of the induction mechanism of neural progenitor cells (rNPC) according to Example 1 of the present invention, chromatin remodeling-related gene expression heat map (a), liposomes shown in nExo and liposome (iExo)-treated cell group. Western blot results showing the phosphorylation level of MAPK signaling system proteins (Erk1/2, p38 and Msk1) according to time after treatment, intracellular immunofluorescence staining images (bc), and NPC markers (Sox1, Sox2, Pax6 and Nestin) RNA qRT-PCR data for (d), immunofluorescence staining data for chromatin remodeling indicators (HP1α, H3K4me3, H3K27me3) and the distribution of the markers relative to the counterstained DAPI (e) and neuronal-related gene expression hits in each cell group map (f).
Figure 5 is the in vitro and in vivo differentiation capacity analysis data of rNPC according to Example 1 of the present invention, the neural markers of rNPC differentiated by culturing in a neural differentiation medium for 4 weeks (neuron markers Map2 and Tuj1, and astrocyte marker Gfap) , Immunofluorescence staining data for oligodendrocyte marker O4) (a), voltage clamp data and action potential data (bc) for the differentiated rNPC, in vitro differentiation potential data, and GFP 4 weeks after transplantation into rat brain -rNPC distribution (d), immunofluorescence staining results using human mitochondrial antibody and GFP (e) and immunofluorescence staining results for the neuronal markers (f).
Figure 6 is the generation data of a liposome having adipocyte inducing ability according to Example 2 of the present invention, Nanosight and electron microscope images confirming the form of iExo (liposome) (a), exosome marker Immunofluorescence staining image (bc) showing the induction of phosphorus CD63 and the coexistence of CD63 and UCP1, a brown adipocyte marker, and analysis of brown adipocyte-related mRNA/miRNA and lipid synthesis-related mRNA characteristics in isolated liposomes RNA-seq data ( d).
7 is immunofluorescence staining data of brown adipocytes (rBA) according to Example 2 of the present invention. Immunofluorescence using AdipoRed, a lipid staining reagent, human mitochondrial antibody (HuMito), and an antibody against UCP1, a brown adipocyte marker. dyed image.
Figure 8 is data of the generation of liposomes having hepatocyte inducibility according to Example 3 of the present invention, Nanosight and electron microscope images confirming the form of iExo (liposomes) (a), exosome markers Immunofluorescence staining images showing the induction of CD63 and coexistence of CD63 with the hepatocyte marker HNF1α (bc), and RNA-seq data for characterization of hepatocyte-associated mRNA/miRNA in isolated liposomes (d).
9 is immunofluorescence staining data of hepatocytes (rH) according to Example 3 of the present invention, and immunofluorescence staining images for hepatocyte markers AFP, HNF4α, CK18 and ALB.
Figure 10 is the generation data of the liposome having the ability to induce hair tissue differentiation according to Example 4 of the present invention, Nanosight and electron microscope images confirming the form of iExo (liposome) (a), the exosome marker CD63 Immunofluorescence staining image (bc) showing the induction of CD63 and the coexistence of Shh, a protein important for hair regeneration, and RNA-seq data (d) for hair regeneration-related mRNA characterization in isolated liposomes.
11 is in vivo gene expression change data in C57 and nude mouse skin by liposomes having hair regeneration ability according to Example 4 of the present invention, and skin application of liposomes labeled with the lipophilic marker Did Fluorescent staining image showing post-distribution (ab), protein (β-Catenin, Shh, Ki-67) immunofluorescent staining image (cd) and mRNA (Shh, β-Catenin, KRT-25, VCAN, Gli1, Lef1, Pct1, Tyrp1, Tyr, Mitf, Dct, Sfrrp4, DKK) qRT-PCR data (ef).
12 is tissue change data in C57 and nude mouse skin by liposomes having hair regeneration ability according to Example 4 of the present invention, H&E staining image of skin tissue (ab), and hair follicles in subcutaneous and whole skin Numeric data (cd).
13 is hair regeneration data in C57 and nude mouse skin by liposomes having hair regeneration ability according to Example 4 of the present invention, and an image of hair generation according to the treatment concentration of the exosomes and time after treatment (ab) ).
14 is an immunofluorescence staining image showing the induction of CD63, an exosome marker, as data for generation of liposomes having wound healing ability according to Example 5 of the present invention (a), and wound healing in the induced liposomes. qRT-PCR data (b) and RNA-seq data (c) analyzing the RNA of a gene.
15 is an in vitro effect data of the liposome having wound healing ability according to Example 5 of the present invention. Immunofluorescence staining showing the expression of the cell proliferation marker Ki67 in HDF treated with the liposome at various concentrations. Image (a), time-dependent growth rate (b) for each liposome treatment concentration of HDF measured by MTT assay, mobility capacity for each liposome treatment concentration of HDF measured by scratch assay (cd) over time (cd), liposome treatment An optical microscope image showing the tube formation of HUVECs by concentration, the length of the formed tube and number of intersections (eg), and qRT-PCR data analyzing RNA of wound healing-related genes in cells treated with liposomes (h).

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the present invention may be embodied in various different forms, and the present invention is not limited by the embodiments described herein, and the present invention is only defined by the claims to be described later.

덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, the terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the entire specification of the present invention, 'including' any component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 발명의 일 측면에 따른, 세포의 리프로그래밍을 유도할 수 있는 리프로좀은, 염색질 리모델링(chromatin remodeling)에 관여하는 유전자의 RNA를 포함하고, 상기 유전자는 MAPK(mitogen-activated protein kinase) 신호전달체계 상의 인산화효소 유전자 및 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the liposome capable of inducing reprogramming of cells includes RNA of a gene involved in chromatin remodeling, and the gene is a mitogen-activated protein kinase (MAPK) signal. It is characterized in that it contains a kinase gene and a gene having histone modification activity on the delivery system.

여기서, 상기 MAPK 신호전달체계 상의 인산화효소 유전자는 BRAF(B-Raf proto-oncogene), MAP2K3(Mitogen-activated protein kinase kinase 3), MAP3K10(Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 10), MAP3K4(Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 4), MAP3K5(Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 5), MAP3K7(Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 7), MAPK12(Mitogen-activated protein kinase 12), RPS6KA4(Ribosomal protein S6 kinase A4, also known as Msk2), TAOK1(TAO kinase 1) 및 TAOK2(TAO kinase 2)로 구성된 군으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다. 바람직하게 상기 인산화효소 유전자는 상기 10개 유전자 중 최소한 MAP3K10, RPS6KA4, 및 TAOK1을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게 최소한 MAP2K3, MAP3K10, MAP3K7, MAPK12, RPS6KA4, TAOK1 및 TAOK2을 포함할 수 있다.Here, the kinase gene on the MAPK signaling system is BRAF (B-Raf proto-oncogene), MAP2K3 (Mitogen-activated protein kinase kinase 3), MAP3K10 (Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 10), MAP3K4 (Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 4), MAP3K5 (Mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase 5), MAP3K7 (Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 7), MAPK12 (Mitogen-activated protein kinase 12), RPS6KA4 (Ribosomal protein S6 kinase A4, also known as Msk2), TAOK1 (TAO kinase 1), and TAOK2 (TAO kinase 2) may be selected from the group consisting of at least one or more. Preferably, the kinase gene may include at least MAP3K10, RPS6KA4, and TAOK1 among the 10 genes, and more preferably, at least MAP2K3, MAP3K10, MAP3K7, MAPK12, RPS6KA4, TAOK1 and TAOK2.

상기 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자는 ASH1L(ASH1 like histone lysine methyltransferase), CREBBP(CREB binding protein), DOT1L(DOT1 like histone lysine methyltransferase), EP300(E1A binding protein P300), GTF3C1(General transcription factor IIIC subunit 1), KAT2A(Lysine acetyltransferase 2A), KAT6B(Lysine acetyltransferase 6B), KDM1A(Lysine demethylase 1A), KDM3B(Lysine demethylase 3B), KDM6A(Lysine demethylase 6A), KMT2A(Lysine methyltransferase 2A), KMT2E(Lysine methyltransferase 2E), NCOA3(Nuclear receptor coactivator 3), NSD1(Nuclear receptor binding SET domain protein 1), SETD1A(SET domain containing 1A) 및 SETD2(SET domain containing 2)로 구성된 군으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다. 바람직하게 상기 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자는 상기 16개 유전자 중 최소한 ASH1L, CREBBP, DOT1L, EP300, GTF3C1, KAT6B, KDM1A, KDM3B, KMT2A, KMT2E 및 NSD1을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게 최소한 ASH1L, CREBBP, DOT1L, EP300, GTF3C1, KAT6B, KDM1A, KDM3B, KMT2A, KMT2E, NCOA3, NSD1 및 SETD2을 포함할 수 있다.The gene having the histone modification activity is ASH1L (ASH1 like histone lysine methyltransferase), CREBBP (CREB binding protein), DOT1L (DOT1 like histone lysine methyltransferase), EP300 (E1A binding protein P300), GTF3C1 (General transcription factor IIIC subunit 1) , KAT2A(Lysine acetyltransferase 2A), KAT6B(Lysine acetyltransferase 6B), KDM1A(Lysine demethylase 1A), KDM3B(Lysine demethylase 3B), KDM6A(Lysine demethylase 6A), KMT2E(Lysine methyltransferase 2A), KMT2E(Lysine methyltransferase 2A), KMT2E(Lysine methyltransferase 2A) At least one may be selected from the group consisting of Nuclear receptor coactivator 3 (NCOA3), Nuclear receptor binding SET domain protein 1 (NSD1), SET domain containing 1A (SETD1A), and SET domain containing 2 (SETD2). Preferably, the gene having the histone modification activity may include at least ASH1L, CREBBP, DOT1L, EP300, GTF3C1, KAT6B, KDM1A, KDM3B, KMT2A, KMT2E and NSD1 among the 16 genes, more preferably at least ASH1L, CREBBP , DOT1L, EP300, GTF3C1, KAT6B, KDM1A, KDM3B, KMT2A, KMT2E, NCOA3, NSD1 and SETD2.

소형RNA(small RNA)는 200 nt(뉴클레오타이드) 미만의 크기를 가진 RNA로, 주로 비번역RNA(non-coding RNA)이다. 소형RNA에는 마이크로RNA, 짧은 간섭 RNA(short interfering RNA), 짧은 인 RNA(short nucleolar RNA), piwi-interacting RNA(piRNA) 등이 포함된다. 이 중 miRNA는 22 nt 정도의 길이를 가지며, RNA 침묵(RNA silencing)과 전사 후 유전자 발현 조절(post-transcriptional gene regulation)에 관여하는 것으로 알려져 있다. 상기 리프로좀 내 총 RNA 중에는 소형RNA 비율이 40% 이상이고, 상기 소형RNA 중 miRNA 비율이 40% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 리프로좀 내 총 RNA 중 소형RNA 비율이 50% 이상이고, 상기 소형RNA 중 miRNA 비율이 50% 이상, 가장 바람직하게, 상기 리프로좀 내 총 RNA 중 소형 RNA 비율이 60% 이상이고, 상기 소형 RNA 중 miRNA 비율이 60% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. Small RNA is RNA having a size of less than 200 nt (nucleotides) and is mainly non-coding RNA. Small RNA includes microRNA, short interfering RNA, short nucleolar RNA, piwi-interacting RNA (piRNA), and the like. Among them, miRNA has a length of about 22 nt and is known to be involved in RNA silencing and post-transcriptional gene regulation. The ratio of small RNA among the total RNA in the liposome is 40% or more, and it may be characterized in that the ratio of miRNA in the small RNA is 40% or more. More preferably, the ratio of small RNA in the total RNA in the liposome is 50% or more, the ratio of miRNA in the small RNA is 50% or more, Most preferably, the ratio of small RNA in the total RNA in the liposome is 60% or more, and it may be characterized in that the miRNA ratio among the small RNAs is 60% or more.

전술한 세포의 리프로그래밍을 유도할 수 있는 리프로좀은, 후술할 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.The liposome capable of inducing reprogramming of the cells described above may be characterized in that it is prepared by a manufacturing method to be described later.

본 발명의 다른 일 측면은 세포에 초음파 자극을 제공하고, 세포가 없는 배양 배지에 초음파 자극을 제공하는 단계; 상기 세포와 상기 배양 배지를 혼합하여 일정 시간 배양하는 단계; 및 상기 혼합물에서 리프로좀을 분리하는 단계; 를 포함하는, 세포의 리프로그래밍을 유도하는 리프로좀의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is to provide ultrasonic stimulation to cells, and to provide ultrasonic stimulation to a cell-free culture medium; Mixing the cells and the culture medium and culturing for a predetermined time; and isolating liposomes from the mixture; It provides a method for producing a liposome that induces reprogramming of the cell, comprising a.

여기서, 상기 세포는 바람직하게 생식 세포를 제외한 세포 중에서 선택될 수 있고, 더욱 바람직하게 포유류 유래의 섬유아세포 또는 기관 내 조직세포 중 어느 하나일 수 있다. 이는, 본 발명의 일 측면에 따른 세포의 리프로그래밍을 유도하는 리프로좀의 제조방법에 따르면, 상기 리프로좀은 어떤 세포를 사용하더라도 수득이 가능하므로, 얻기 힘들고 증폭이 까다로운 줄기세포나 전구세포보다 섬유아세포나 기관 내 조직세포 등 수득, 유지 및 증폭이 쉬운 세포가 더 손쉽고 효율적이기 때문이다. 상기 세포는 상기 리프로좀의 후술할 다른 세포 또는 생체에 대한 추후 용도에 따라 자가유래(autologous), 동종유래(allogeneic) 또는 이종유래(heterologous) 중 어느 하나일 수 있고, 이종유래인 경우 포유류로부터 얻어진 것일 수 있다. 면역거부반응에 대한 가능성이 존재하므로, 바람직하게는 동종유래, 가장 바람직하게는 자가유래의 것을 사용할 수 있다.Here, the cells may be preferably selected from cells other than germ cells, and more preferably may be any one of mammalian-derived fibroblasts or organ tissue cells. According to the method for producing a liposome inducing reprogramming of a cell according to an aspect of the present invention, the liposome can be obtained using any cell, and thus it is difficult to obtain and amplify stem cells or progenitor cells. This is because cells that are easier to obtain, maintain, and amplify, such as fibroblasts or intra-organ tissue cells, are easier and more efficient. The cell may be any one of autologous, allogeneic, or heterologous, depending on the future use of the liposome for other cells or living organisms to be described later. may have been obtained. Since there is a possibility of immune rejection, it is preferably allogeneic, and most preferably autologous.

상기 세포에 초음파 자극을 가하는 단계는, 세포에 직접 초음파 처리를 하거나, 세포가 초기 배양 배지에 간신히 덮힐 정도로 최소한의 양만 포함된 상태에서 진행될 수 있다. 이때의 초기 배양 배지는 상기 세포를 건강한 상태로 유지할 때 사용하는 일반적인 배지로, 상기 세포의 통상적인 배양에 적합한 배지, 예컨대, 상기 세포가 섬유아세포이고, 항생제와 혈청이 포함된 DMEM 배지일 수 있다.The step of applying ultrasonic stimulation to the cells may be performed in a state in which the cells are directly sonicated, or the cells contain only a minimal amount so as to barely cover the initial culture medium. The initial culture medium at this time is a general medium used to maintain the cells in a healthy state, and may be a medium suitable for conventional culture of the cells, for example, DMEM medium in which the cells are fibroblasts and contain antibiotics and serum. .

상기 배양 배지(상기 초음파 처리되는 배지)는 배아줄기세포 배지, 신경줄기세포 배지, 심장줄기세포 배지, 모유두세포 배지, 중간엽줄기세포 배지, 골형성 배지, 근형성 배지, 조혈줄기세포 배지, 뉴런(neuron) 배지, 성상세포 배지, 희돌기세포 배지, 간세포(hepatocyte) 배지, 지방세포 배지, 근육세포 배지, 혈관내피세포 배지, 췌장 베타세포 배지, 또는 심근세포 배지 중 어느 하나일 수 있다. 상기 배양 배지는 분화유도 혹은 유지 및 증폭 용도의 배지 중 어느 하나일 수 있다. 후술할 본 발명의 다른 일 측면에 따라, 리프로좀을 처리하여 제1 세포를 제2 세포로 리프로그램하고자 하는 경우, 바람직하게, 수득하고자 하는 제2세포가 건강하게 유지 및 증폭될 수 있는 배지를 선택할 수 있다. 후술할 본 발명의 또 다른 일 측면에 따라, 리프로좀을 포함하는 조성물을 신체 부위에 처리하여 상기 부위에 있는 세포가 표적 세포로 리프로그래밍되도록 촉진하고자 하는 경우, 바람직하게, 상기 표적 세포를 in vitro에서 배양할 때 건강하게 유지 및 증폭할 수 있는 배지를 선택할 수 있다. The culture medium (the medium to be sonicated) includes embryonic stem cell medium, neural stem cell medium, cardiac stem cell medium, dermal papilla cell medium, mesenchymal stem cell medium, osteogenic medium, myogenic medium, hematopoietic stem cell medium, neurons ( neuron) medium, astrocyte medium, oligodendrocyte medium, hepatocyte medium, adipocyte medium, myocyte medium, vascular endothelial cell medium, pancreatic beta cell medium, or cardiomyocyte medium. The culture medium may be any one of a medium for differentiation induction or maintenance and amplification purposes. According to another aspect of the present invention, which will be described later, when it is desired to reprogram the first cell to the second cell by treating the liposome, preferably, a medium in which the second cell to be obtained can be maintained in good health and amplified. can be selected. According to another aspect of the present invention, which will be described later, when it is desired to promote reprogramming of cells in the site to target cells by treating a body part with a composition containing liposomes, preferably, the target cells in When cultured in vitro , a medium that can be maintained and amplified in good health can be selected.

상기 배양 배지는 신경줄기세포 배지, 모유두세포 배지, 간세포(hepatocyte) 배지, 지방세포 배지 중 어느 하나일 수 있다.The culture medium may be any one of neural stem cell medium, dermal papilla cell medium, hepatocyte medium, and adipocyte medium.

상기 세포에 제공되는 초음파 자극은 10 내지 30 KHz, 0.5 내지 3 W/cm2로 1 내지 10초 동안 수행되는 것일 수 있고, 바람직하게 15 내지 25KHz, 0.5 내지 1.5 W/cm2로 3 내지 7초 동안 수행되는 것일 수 있다.Ultrasonic stimulation provided to the cells may be performed for 1 to 10 seconds at 10 to 30 KHz, 0.5 to 3 W/cm 2 , preferably 15 to 25 KHz, 0.5 to 1.5 W/cm 2 for 3 to 7 seconds It may be carried out during

상기 배양 배지에 제공되는 초음파 자극은 10 내지 30 KHz, 1 내지 20 W/cm2로 1 내지 20분 동안 수행되는 것일 수 있고, 바람직하게 15 내지 25KHz, 0.5 내지 1.5 W/cm2로 7 내지 13분 동안 수행되는 것일 수 있다Ultrasonic stimulation provided to the culture medium may be performed for 1 to 20 minutes at 10 to 30 KHz, 1 to 20 W/cm 2 , and preferably 7 to 13 at 15 to 25 KHz, 0.5 to 1.5 W/cm 2 may be performed in minutes

상기 혼합물의 배양은 1 내지 10일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있고, 바람직하게 1 내지 6일 동안, 가장 바람직하게는 1 내지 2일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 리프로좀이 초음파 처리 후 1일차 때 가장 많이 분비되며, 시간이 지남에 따라 그 분비량이 감소는데, 이러한 분비량 감소로 미루어 보아 성분에도 변화가 있을 가능성이 존재하기 때문이다.The culture of the mixture may be characterized in that it proceeds for 1 to 10 days, preferably for 1 to 6 days, and most preferably for 1 to 2 days. This is because liposomes are secreted the most on the first day after sonication, and the amount of secretion decreases over time.

상기 리프로좀을 분리하는 단계는 상기 배양 후의 혼합물을 원심분리하여 상층액을 수득하는 단계; 상기 상층액을 필터로 여과하여 여과액을 수득하는 단계; 및 상기 여과액을 농축하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 원심분리는 세포 데브리 및 죽은 세포들을 제거하기 위해 진행하며, 바람직하게 1000 내지 5000 g로 10분 내지 60분 동안 진행하는 것일 수 있다. 상기 상층액을 필터로 여과하는 단계는 세포 데브리를 좀더 제거하고 특정 사이즈 이하의 입자만을 남기기 위해 수행되는 것으로, 여기서 사용되는 필터는 바람직하게 주사기 필터(syringe filter)일 수 있다. 상기 여과액을 농축하는 단계는 바람직하게 원심분리 필터(centrifugal filter)를 이용하여 진행할 수 있다. 원심분리 필터를 이용하면 상기 여과액을 농축하는 동시에 특정 사이즈 이하의 입자를 제거할 수 있다. 상기 리프로좀을 분리하는 단계는 상기 상층액을 필터로 여과하기 전에 4℃ 이하에서 7일 내지 3달 동안 보관하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 보관은 바람직하게 4℃ 이하에서 7일 이내로, 보다 바람직하게 -20℃ 이하에서 1달 이내로 할 수 있으며, 가장 바람직하게 -80℃ 이하에서 3달 이내로 할 수 있다. 리프로좀의 유효성분은 mRNA와 단백질 등으로, 이들 성분이 온도가 높거나 효소활성이 높은 온도에 가까울 수록 쉽게 변성되거나 분해될 수 있다. 여기서, 상기 분리된 리프로좀은 직경이 50 내지 200 nm인 것을 특징으로 할 수 있고, 바람직하게 직경이 100 내지 150 nm인 것을 특징으로 할 수 있다. Separating the liposome may include centrifuging the cultured mixture to obtain a supernatant; filtering the supernatant with a filter to obtain a filtrate; and concentrating the filtrate. The centrifugation is performed to remove cell debris and dead cells, and may be preferably performed at 1000 to 5000 g for 10 to 60 minutes. The step of filtering the supernatant with a filter is performed to further remove cell debris and to leave only particles of a specific size or less, and the filter used here may preferably be a syringe filter. Concentrating the filtrate may preferably be performed using a centrifugal filter. If the centrifugal filter is used, it is possible to remove particles having a specific size or smaller while concentrating the filtrate. Separating the liposome may further include storing the supernatant at 4° C. or lower for 7 days to 3 months before filtering with a filter. The storage may be preferably within 7 days at 4° C. or less, more preferably within 1 month at -20° C. or less, and most preferably within 3 months at -80° C. or less. The active ingredients of liposomes are mRNA and protein, and the higher the temperature or the closer to the temperature at which the enzyme activity is high, the more easily these components can be denatured or degraded. Here, the isolated liposome may be characterized in that it has a diameter of 50 to 200 nm, preferably it may be characterized in that it has a diameter of 100 to 150 nm.

본 발명의 또 다른 일 측면은 리프로좀을 제1배양 배지에 혼입하는 단계; 상기 혼합물에서 제1 세포를 배양하는 단계; 및 상기 배양 후 제2 세포를 수득하는 단계;를 포함하는, 세포를 리프로그래밍하는 방법을 제공한다. Another aspect of the present invention comprises the steps of incorporating a liposome into the first culture medium; culturing the first cells in the mixture; and obtaining a second cell after the culturing; provides a method for reprogramming cells, including.

여기서, 상기 제1세포는 포유류 유래의 섬유아세포 또는 기관 내 조직세포 중 어느 하나일 수 있다. 이는, 본 발명의 일 측면에 따른 세포를 리프로그래밍하는 방법은 어떤 체세포를 사용하더라도 제2 세포의 수득이 가능하므로, 얻기 힘들고 증폭이 까다로운 줄기세포나 전구세포보다 섬유아세포나 기관 내 조직세포 등 수득, 유지 및 증폭이 쉬운 세포가 더 손쉽고 효율적이기 때문이다. 상기 제2세포를 추후 인체에 이식하는 경우, 제1 세포는 바람직하게 인간 유래의 세포를 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게 이식할 대상으로부터 유래한, 자가유래(autologous) 세포를 사용할 수 있다. 이식 대상과 유전적으로 가까운 생체 유래의 세포를 제1 세포로 사용할 경우 세포 이식 시 거부 반응 등 부작용의 가능성을 낮출 수 있다.Here, the first cell may be any one of mammalian-derived fibroblasts or tissue cells in organs. This is because the method of reprogramming cells according to an aspect of the present invention can obtain a second cell no matter which somatic cell is used, fibroblasts or organ tissue cells, etc. , because cells that are easy to maintain and amplify are easier and more efficient. When the second cell is later transplanted into the human body, the first cell may preferably be a human-derived cell, and most preferably an autologous cell derived from a subject to be transplanted. When a cell derived from a living body that is genetically close to the transplant target is used as the first cell, the possibility of side effects such as rejection during cell transplantation can be reduced.

상기 제2세포는 만능성(pluripotency) 이하의 분화능을 가지는 세포인 것을 특징으로 할 수 있다.The second cell may be characterized as a cell having a differentiation capacity of less than pluripotency (pluripotency).

상기 제2세포는 배아줄기세포, 신경줄기세포, 심장줄기세포, 모유두세포, 중간엽줄기세포, 조혈줄기세포 중 어느 하나일 수 있다. The second cell may be any one of embryonic stem cells, neural stem cells, cardiac stem cells, dermal papilla cells, mesenchymal stem cells, and hematopoietic stem cells.

상기 제2세포는 신경줄기세포, 뉴런(neuron), 성상세포, 희돌기세포, 간세포(hepatocyte), 지방세포, 모낭세포, 근육세포, 혈관내피세포, 각질세포, 췌장 베타세포 또는 심근세포 중 어느 하나일 수 있다. 말기분화(terminal differentiation)되지 않은 세포의 분화능은 그 수준을 높은 수준에서 낮은 수준으로 전능성(totipotency), 만능성(pluripotency), 다능성(multipotency), 소능성(oligopotency) 및 단능성(unipotency)으로 나누어 칭한다. 전능성은 한 생물체(organism)의 모든 세포로 분화할 수 있고 한 세포로부터 하나의 생물체를 형성할 수 있는 것을 말하며, 만능성(pluripotency)은 내배엽(endoderm), 중배엽(mesoderm) 및 외배엽(ectoderm) 세 배엽 세포 모두로 분화할 수 있는 것을 의미한다. 다능성(multipotency)은 한 계통(lineage) 혹은 소수 계통의 몇 가지 세포로 분화할 수 있는 것을 말하며, 소능성(oligopotency)은 그보다 좀더 적은 범위의 몇 가지 세포로, 단능성(unipotency)은 하나의 세포 종류로 분화할 수 있는 것을 각각 의미한다. 따라서 상기 만능성(pluripotency) 이하의 분화능을 가지는 세포는 만능성(pluripotency), 다능성(multipotency), 소능성(oligopotency) 및 단능성(unipotency) 세포와 말기분화된 세포(terminally differentiated cell)를 포함한다. 상기 제2 세포를 추후 인체에 이식하는 경우, 상기 제2세포는 바람직하게 다능성(multipotency), 소능성(oligopotency) 또는 단능성(unipotency)을 가진 줄기세포, 간세포(progenitor cell) 또는 전구세포(precursor cell)일 수 있다. 만능성 세포의 경우 암세포로의 변이 가능성 문제가 지속적으로 제기된 바 있고, 말기분화된 세포의 경우 수명이 짧거나 세포 치료의 효과가 떨어질 가능성이 있다.The second cell is any one of neural stem cells, neurons, astrocytes, oligodendrocytes, hepatocytes, adipocytes, hair follicle cells, muscle cells, vascular endothelial cells, keratinocytes, pancreatic beta cells, or cardiomyocytes can be The differentiation capacity of non-terminal differentiated cells is divided into totipotency, pluripotency, multipotency, oligopotency, and unipotency from high to low levels. divide and call Pluripotency refers to the ability to differentiate into all cells of an organism and to form an organism from one cell. It means that it can differentiate into all germ cells. Multipotency refers to the ability to differentiate into several cells of a lineage or a minority lineage, oligopotency refers to the ability to differentiate into several cells in a smaller range, and unipotency refers to the ability to differentiate into several cells in a smaller range. It means that each can be differentiated into a cell type. Accordingly, the cells having a differentiation capacity less than or equal to the pluripotency include pluripotency, multipotency, oligopotency and unipotency cells and terminally differentiated cells. do. When the second cell is later transplanted into the human body, the second cell is preferably a stem cell, progenitor cell or progenitor cell having multipotency, oligopotency or unipotency ( precursor cells). In the case of pluripotent cells, the question of the possibility of mutation into cancer cells has been continuously raised, and in the case of terminally differentiated cells, there is a possibility that the lifespan is short or the effect of cell therapy may decrease.

상기 제2세포는 제1세포와 다른 종류인 것을 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 제1세포는 수득 및 유지가 손쉬운 섬유아세포나 기타 조직으로부터 얻은 세포일 수 있고, 본 발명의 세포를 리프로그래밍하는 방법에 따르면, 이로부터 손쉽게 원하는 제2 세포를 얻을 수 있다.The second cell may be characterized in that it is different from the first cell. For example, the first cell may be a cell obtained from fibroblasts or other tissues that are easy to obtain and maintain, and according to the cell reprogramming method of the present invention, a desired second cell can be easily obtained therefrom.

상기 리프로좀은 107 내지 1015개/ml 농도로 제1배양 배지에 혼입되는 것을 특징으로 할 수 있고, 바람직하게 1010 내지 1012 개/ml 농도로 제1배양 배지에 혼입되는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 발명자들은 혼입된 리프로좀의 농도가 너무 낮거나 높아지면 리프로그래밍 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다(도3i).The liposome may be characterized in that it is incorporated into the first culture medium at a concentration of 10 7 to 10 15 cells/ml, preferably, it is incorporated into the first culture medium at a concentration of 10 10 to 10 12 pieces/ml can be done with The inventors of the present invention were able to confirm that if the concentration of the incorporated liposomes was too low or high, the reprogramming efficiency decreased (Fig. 3i).

상기 제1 배양 배지는 상기 리프로좀을 제조할 때 사용한 배양 배지와 같은 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이는, 상기 제1 배양 배지가 상기 리프로좀을 제조할 때 사용한 배양 배지와 같을 경우 원하는 제2 세포로의 리프로그래밍이 좀더 빠르게 일어나는 효과가 있으나, 다른 배양 배지를 사용하는 경우에도 리프로좀이 혼입되면 제2 세포로의 리프로그래밍이 일어날 수 있기 때문이다. The first culture medium may be characterized as the same as the culture medium used to prepare the liposome, but is not limited thereto. This has the effect that, when the first culture medium is the same as the culture medium used to prepare the liposome, reprogramming into the desired second cell occurs more rapidly, but even when a different culture medium is used, the liposome is This is because, upon incorporation, reprogramming into a second cell may occur.

상기 제2세포는 줄기세포, 간세포(progenitor cell) 또는 전구세포(precursor cell) 중 어느 하나이고, 상기 제1세포의 배양은 1 내지 6일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 제2세포는 뉴런(neuron), 성상세포, 희돌기세포, 간세포(hepatocyte), 지방세포, 모낭세포, 근육세포, 혈관내피세포, 각질세포, 췌장 베타세포 또는 심근세포 중 어느 하나이고, 제1세포의 배양은 10일 내지 60일 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 분화능이 높은 세포로의 리프로그래밍과 좀더 분화능이 낮은 세포로의 리프로그래밍에는 걸리는 시간에 차이가 있고, 후자가 조금 더 오래 걸리는 경향이 있기 때문이며, 후자는 바람직하게 15일 내지 25일 동안 배양할 수 있다.The second cell may be any one of a stem cell, a progenitor cell, or a precursor cell, and the culture of the first cell may be performed for 1 to 6 days. The second cell is any one of neurons, astrocytes, oligodendrocytes, hepatocytes, adipocytes, hair follicles, muscle cells, vascular endothelial cells, keratinocytes, pancreatic beta cells, or cardiomyocytes; The culture of one cell may be characterized in that it proceeds for 10 to 60 days. This is because there is a difference in the time taken for reprogramming into cells with high differentiation potential and reprogramming into cells with lower differentiation potential, and the latter tends to take a little longer, the latter preferably being cultured for 15 to 25 days. can

본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 조성물은, 세포의 리프로그래밍을 유도하는 전술한 리프로좀을 포함한다. 여기서, 상기 조성물은 예컨대 신체 부위에 처리하여 상기 처리 부위에 존재하는 조직이 재생되도록 촉진하는 것을 용도로 할 수 있다. 상기 신체 부위는 표피, 진피, 두피를 포함할 수 있으며, 이러한 경우, 상기 조성물은 상기 부위에 도포 또는 주입되어 상처 치유 또는 모발 재생 등 조직재생효과를 가질 수 있다.The composition according to another aspect of the present invention includes the above-described liposome inducing reprogramming of cells. Here, the composition may be used for, for example, treating a body part to promote regeneration of tissues present in the treated part. The body part may include the epidermis, dermis, and scalp, and in this case, the composition may be applied or injected to the part to have tissue regeneration effects such as wound healing or hair regeneration.

상기 조성물에는 상기 리프로좀 이외에도 약제학적으로 허용되는 담체 및/또는 상기 처리 부위로의 침투율 등을 높여 조직재생효과를 좀더 증진시킬 수 있는 기타 첨가제 등이 다양하게 첨가될 수 있음은 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적 설명은 제외하기로 한다.Since it is self-evident that various additives may be added to the composition in addition to the liposome, such as a pharmaceutically acceptable carrier and/or other additives that can further enhance the tissue regeneration effect by increasing the penetration rate into the treatment site. A detailed description thereof will be omitted.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리프로좀은 다양한 리프로그래밍 인자, 특히 염색질 리모델링 인자를 함유하며 인지질 기반의 막구조를 가져 원하는 기능을 가지는 세포로의 리프로그래밍을 높은 효율로 유도할 수 있다.As described above, the liposome according to an embodiment of the present invention contains various reprogramming factors, particularly chromatin remodeling factors, and has a phospholipid-based membrane structure to induce reprogramming into cells having desired functions with high efficiency. can do.

본 발명의 일 실시예에 따른 리프로좀의 제조방법은 분리 및 증폭 과정이 까다로운 줄기세포 및 전구세포는 물론, 쉽게 얻을 수 있는 체세포로부터, 초음파 처리라는 간단한 과정을 통해 다양한 세포의 리프로그래밍 인자를 담은 리프로좀 분비를 유도할 수 있다. The method for producing a liposome according to an embodiment of the present invention is a method of preparing reprogramming factors of various cells from stem cells and progenitor cells, which are difficult to separate and amplify, as well as easily obtainable somatic cells, through a simple process of sonication. It can induce liposome secretion.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포의 리프로그래밍 방법은 화학물질이나 외래 전사인자의 유전체 내 도입 없이 원하는 기능을 가지는 세포를 안전하게 유도할 수 있다. 또한 상기 리프로그래밍 방법은 여러 발생 단계를 거칠 필요가 없어, 리프로좀을 배양 배지에 추가하여 배양하는 단순한 과정을 통해 비교적 단시간 내에 효율적으로 한 종류의 세포를 다른 세포로 리프로그래밍할 수 있다.The cell reprogramming method according to an embodiment of the present invention can safely induce a cell having a desired function without introducing a chemical substance or foreign transcription factor into the genome. In addition, since the reprogramming method does not need to go through several development steps, it is possible to efficiently reprogram one type of cell into another cell within a relatively short time through a simple process of culturing by adding a liposome to a culture medium.

본 발명의 일 실시예에 따른 리프로좀을 포함하는 조성물은 신체 부위에 처리하여 상기 처리 부위에 존재하는 조직재생을 촉진할 수 있다.The composition comprising a liposome according to an embodiment of the present invention may be treated on a body part to promote tissue regeneration present in the treated part.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 모든 실시예 및 실험예 상의 모든 세포 배양은 37℃, 5% CO2 조건에서 이루어졌다.All cell cultures in all Examples and Experimental Examples of the present invention were performed at 37° C., 5% CO 2 conditions.

실시예1. 신경전구세포 유도능을 갖는 리프로좀의 제조 및 이를 이용한 섬유아세포의 신경전구세포로의 리프로그래밍 유도.Example 1. Preparation of liposomes having neural progenitor cell induction ability and induction of reprogramming of fibroblasts into neural progenitor cells using the same.

신경전구세포 유도능을 갖는 리프로좀을 얻기 위하여, 1 Х106 개의 HDF에 UltraRepro 1001(STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea)을 이용하여 20 KHz, 1.0 W/cm2의 초음파 자극을 5초간 직접 가하였다(이하 이렇게 자극된 HDF를 UHDF라 칭함). 2 Х105 개의 UHDF를 35-mm 페트리 디쉬에 초음파 처리된(20 KHz, 5.0 W/cm2, 10분) hNSC 배지와 함께 하루 동안 배양하였다. 상기 UHDF를 배양한 배양배지로부터 리프로좀을 다음과 같이 분리하였다: 배양배지를 3,000 X g로 20분간 원심분리하여 세포 데브리 및 죽은 세포를 제거한 후, 상층액을 0.22-mm 필터(Minisart®Syringe Filter, Sartorius, Goettingen, Germany)에 통과시켰다. 통과하여 나온 배지를 Amicon® Ultra-15 100,000 kDa device (Millipore, Billerica, MA, USA)에 넣고 14,000 X g로 20분간 원심분리하여 리프로좀(iExo)을 농축시켰다.In order to obtain liposomes having neural progenitor cell inducibility, ultrasonic stimulation of 20 KHz, 1.0 W/cm 2 was applied to 1 Х10 6 HDFs using UltraRepro 1001 (STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea) for 5 seconds. Directly applied (hereinafter the stimulated HDF is referred to as UHDF). 2 Х10 Five UHDFs were incubated in 35-mm Petri dishes with sonicated (20 KHz, 5.0 W/cm 2 , 10 min) hNSC medium for one day. Liposomes were separated from the culture medium in which the UHDF was cultured as follows: The culture medium was centrifuged at 3,000 X g for 20 minutes to remove cell debris and dead cells, and the supernatant was filtered with a 0.22-mm filter (Minisart®). Syringe Filter, Sartorius, Goettingen, Germany). The medium passed through was put into an Amicon® Ultra-15 100,000 kDa device (Millipore, Billerica, MA, USA) and centrifuged at 14,000 X g for 20 minutes to concentrate the liposomes (iExo).

rNPC(리프로좀으로 리프로그래밍시켜 수득한 신경전구세포)를 제조하기 위하여, 1 Х105 개의 HDF를 35-mm 페트리 디쉬에 시딩하여 하루 동안 배양한 후, 배지를 분리한 리프로좀을 포함한 hNSC 배지로 바꾸어 5일 동안 배양하였다. 배양 배지는 2일마다 교체되었다.To prepare rNPC (neural progenitor cells obtained by reprogramming with liposomes), 1 Х10 5 HDFs were seeded in a 35-mm Petri dish and cultured for one day. The medium was changed and cultured for 5 days. The culture medium was changed every 2 days.

실시예2. 지방세포(adipocyte) 유도능을 갖는 리프로좀의 제조 및 이를 이용한 섬유아세포의 갈색지방세포로의 리프로그래밍 유도.Example 2. Preparation of liposomes having adipocyte inducing ability and induction of reprogramming of fibroblasts into brown adipocytes using the same.

지방세포 유도능을 갖는 리프로좀을 얻기 위하여, 1 Х106 개의 HDF에 UltraRepro 1001(STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea)을 이용하여 20 KHz, 1.0 W/cm2의 초음파 자극을 5초간 직접 가하였다. 2 Х105 개의 UHDF를 35-mm 페트리 디쉬에 초음파 처리된(20 KHz, 5.0 W/cm2, 10분) 줄기세포용 지방세포 분화유도 배지(MesenCultTM adipogenetic Differentiation Medium, Stemcell technologes)와 함께 하루 동안 배양하였다. 이렇게 UHDF를 배양한 배양배지로부터 리프로좀을 실시예1과 같은 리프로좀 분리 과정을 거쳐 분리하였다.To obtain liposomes having adipocyte inducibility, 20 KHz, 1.0 W/cm 2 ultrasonic stimulation was directly applied to 1 Х10 6 HDFs for 5 seconds using UltraRepro 1001 (STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea). added. 2 Х10 5 UHDFs in a 35-mm Petri dish sonicated (20 KHz, 5.0 W/cm 2 , 10 min) for one day with MesenCult TM adipogenetic Differentiation Medium, Stemcell technologes cultured. Liposomes were separated from the culture medium in which UHDF was cultured in this way through the same liposome separation process as in Example 1.

rBA(리프로좀으로 리프로그래밍시켜 수득한 갈색지방세포)를 제조하기 위하여, 1 Х105 개의 HDF를 35-mm 페트리 디쉬에 시딩하여 하루 동안 배양한 후, 배지를 분리한 엑소좀을 포함한 지방세포 분화유도 배지로 바꾸어 20일 동안 배양하였다. 배양 배지는 2일마다 교체되었다.To prepare rBA (brown adipocytes obtained by reprogramming with liposomes), 1 Х10 5 HDFs were seeded in a 35-mm Petri dish and cultured for one day, and then adipocytes including exosomes from which the medium was separated. Changed to differentiation induction medium and cultured for 20 days. The culture medium was changed every 2 days.

실시예3. 간세포(hepatocyte) 유도능을 갖는 리프로좀의 제조 및 이를 이용한 섬유아세포의 간세포로의 리프로그래밍 유도.Example 3. Preparation of liposomes having hepatocyte inducing ability and induction of reprogramming of fibroblasts into hepatocytes using the same.

간세포 유도능을 갖는 리프로좀을 얻기 위하여, 1 Х106 개의 HDF에 UltraRepro 1001(STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea)을 이용하여 20 KHz, 1.0 W/cm2의 초음파 자극을 5초간 직접 가하였다. 2 Х105 개의 UHDF를 35-mm 페트리 디쉬에 초음파 처리된(20 KHz, 5.0 W/cm2, 10분) 간세포 배양 배지 (HCMTM hepatocyte culture medium, Lonza)와 함께 하루 동안 배양하였다. 이렇게 UHDF를 배양한 배양배지로부터 리프로좀을 실시예1과 같은 리프로좀 분리 과정을 거쳐 분리하였다.To obtain liposomes with hepatocyte inducibility, 20 KHz, 1.0 W/cm 2 ultrasonic stimulation was directly applied to 1 Х10 6 HDFs using UltraRepro 1001 (STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea) for 5 seconds. did 2 Х10 5 UHDFs were incubated in a 35-mm Petri dish with sonicated (20 KHz, 5.0 W/cm 2 , 10 min) hepatocyte culture medium (HCM TM hepatocyte culture medium, Lonza) for one day. Liposomes were separated from the culture medium in which UHDF was cultured in this way through the same liposome separation process as in Example 1.

rH(리프로좀으로 리프로그래밍시켜 수득한 간세포)를 제조하기 위하여, 1 Х105 개의 HDF를 35-mm 페트리 디쉬에 시딩하여 하루 동안 배양한 후, 배지를 분리한 엑소좀을 포함한 간세포 배양 배지로 바꾸어 24일 동안 배양하였다. 배양 배지는 2일마다 교체되었다.To prepare rH (hepatocytes obtained by reprogramming with liposomes), 1 Х10 5 HDFs were seeded in a 35-mm Petri dish and cultured for one day, and then the medium was separated into hepatocyte culture medium containing exosomes. and cultured for 24 days. The culture medium was changed every 2 days.

실시예4. 모발재생능을 갖는 리프로좀의 제조 및 이를 이용한 모발재생 유도.Example 4. Preparation of liposomes having hair regeneration ability and induction of hair regeneration using the same.

모발재생능을 갖는 리프로좀을 얻기 위하여, 1 Х106 개의 HDF에 UltraRepro 1001(STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea)을 이용하여 20 KHz, 1.0 W/cm2의 초음파 자극을 5초간 직접 가하였다. 2 Х105 개의 UHDF를 35-mm 페트리 디쉬에 초음파 처리된(20 KHz, 5.0 W/cm2, 10분) 모유두세포 배양 배지 (Dermal Papilla cell medium, PromoCell)와 함께 하루 동안 배양하였다. 이렇게 UHDF를 배양한 배양배지로부터 리프로좀을 실시예1과 같은 리프로좀 분리 과정을 거쳐 분리하였다.To obtain liposomes with hair regeneration ability, 20 KHz, 1.0 W/cm 2 ultrasonic stimulation was directly applied to 1 Х10 6 HDFs using UltraRepro 1001 (STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea) for 5 seconds. did 2 Х10 Five UHDFs were incubated in a 35-mm Petri dish with sonicated (20 KHz, 5.0 W/cm 2 , 10 minutes) dermal papilla cell medium (Dermal Papilla cell medium, PromoCell) for one day. Liposomes were separated from the culture medium in which UHDF was cultured in this way through the same liposome separation process as in Example 1.

실시예5. 상처치유능을 갖는 리프로좀의 제조.Example 5. Preparation of liposomes having wound healing properties.

상처치유능을 갖는 리프로좀을 얻기 위하여, 1 Х106 개의 HDF에 UltraRepro 1001(STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea)을 이용하여 20 KHz, 1.0 W/cm2의 초음파 자극을 5초간 직접 가하였다. 2 Х105 개의 UHDF를 35-mm 페트리 디쉬에 초음파 처리된(20 KHz, 5.0 W/cm2, 10분) 배아줄기세포 배양 배지 (DMEM/F12, 15% FBS, 2mM GlutaMAX, 0.1% NEAA, 0.1% 페니실린/스트렙토마이신, 0.1mM β-메르캅토에탄올, 1000 unit/ml 백혈병억제인자(LIF))와 함께 하루 동안 배양하였다. 이렇게 UHDF를 배양한 배양배지로부터 리프로좀을 실시예1과 같은 리프로좀 분리 과정을 거쳐 분리하였다.To obtain liposomes with wound healing properties, 20 KHz, 1.0 W/cm 2 ultrasonic stimulation was directly applied to 1 Х10 6 HDFs using UltraRepro 1001 (STEMON Inc., Seoul, Republic of Korea) for 5 seconds. did 2 Х10 embryonic stem cell culture medium (DMEM/F12, 15% FBS, 2mM GlutaMAX, 0.1% NEAA, 0.1 % penicillin/streptomycin, 0.1 mM β-mercaptoethanol, 1000 unit/ml leukemia inhibitory factor (LIF)) and cultured for one day. Liposomes were separated from the culture medium in which UHDF was cultured in this way through the same liposome separation process as in Example 1.

실험예1. 신경전구세포 유도능을 갖는 리프로좀 생성 실험Experimental Example 1. Experiments on the generation of liposomes with neural progenitor cell induction ability

신경전구세포 유도능을 갖는 리프로좀 분비를 유도하기 위해, 실시예1에 따라 HDF를 초음파 자극에 노출시킨 후(UNDF) 초음파 처리한 인간 신경 줄기세포 배지(hNSC 배지)에서 하루 동안 배양하였다. 하루 간의 배양 후, 엑소좀 특이적 마커인 CD63을 이용하여 NHDF에 비해 UHDF에 다량의 소포체가 유도된 것을 확인하였다(도 1b). UHDF를 배양한 배지 내 유도된 엑소좀(iExo)과 NHDF로부터 분비된 엑소좀(nExo)을 실험예1의 리프로좀 분리 방법으로 분리한 결과, 투과전자현미경 이미지를 통해 모두 일반적인 엑소좀의 소포성 구조를 가지고 있음을 관찰하였다(도 1a). 나노입자 추적 분석 결과, iExo의 입자 크기는 약 50 내지 200 nm 범위에 분포하였고, 평균 155.6 +- 4.2 nm였다(도 1c). 50 내지 200 nm 크기의 iExo는 9 Х 108개로, nExo보다 3.2배 높은 수치였다(도 1d). 이러한 결과는 HDF에 초음파를 가하여 엑소좀을 효율적으로 유도할 수 있다는 것을 보여준다. 이러한 iExo의 분비량은, 초음파 처리 후 배양 시점을 기준으로 1일차에 가장 많았으며, 시간이 지남에 따라 감소하는 경향을 나타내었으나, 그럼에도 분석한 1, 3, 5일차의 분비량 모두 nExo보다 높았음을 확인할 수 있었다(도1e).In order to induce the secretion of liposomes having neural progenitor cell inducing ability, HDF was exposed to ultrasonic stimulation according to Example 1 (UNDF) and then cultured in sonicated human neural stem cell medium (hNSC medium) for one day. After culturing for one day, it was confirmed that a large amount of endoplasmic reticulum was induced in UHDF compared to NHDF using CD63, an exosome-specific marker (FIG. 1b). As a result of isolating the exosomes (iExo) induced in the UHDF culture medium and the exosomes secreted from NHDF (nExo) by the liposome separation method of Experimental Example 1, transmission electron microscopy images showed that all common exosome vesicles It was observed to have a sexual structure (Fig. 1a). As a result of the nanoparticle tracking analysis, the particle size of iExo was distributed in the range of about 50 to 200 nm, and the average was 155.6 +- 4.2 nm (Fig. 1c). iExo with a size of 50 to 200 nm was 9 Х 10 8 , which was 3.2 times higher than that of nExo (Fig. 1d). These results show that exosomes can be efficiently induced by applying ultrasound to HDF. The secretion amount of iExo was highest on day 1 based on the time of incubation after sonication, and showed a tendency to decrease over time. could be confirmed (Fig. 1e).

iExo의 성분을 분석하기 위해 1일차 배양배지로부터 분리된 엑소좀으로부터 Agilent 2100 Bioanalyzer를 이용하여 전체 RNA 및 마이크로RNA(miRNA) 농도 및 질적인 부분을, 엑소좀 RNA 시퀀싱(RNA-Seq)을 통해 단백질 코딩 유전자 수를 측정하였다. iExo 내 전체 RNA 농도는 nExo에 비해 5.3배 높았으며(도 2a), 상기 RNA로 발현된 유전자 수는 8400으로 1762개를 기록한 nExo에 비해 4.7배 높은 값을 나타내었다(도 2b). 공개된 데이터베이스 검색 및 유전자 온톨로지 분석을 통해, iExo 내 mRNA일부는 신경발생과 관련되어 있음을 밝혔다(도 2g). qRT-PCR(quantitative reverse transcription polymerase chain reaction; 도 2e)를 통해 iExo 내 Sox1, Sox2, Pax6, Nestin 등 NPC 특이적 마커 유전자 발현 수준이 증가하였음을 확인하였다. 엑소좀 내 비코딩 소형RNA 중 iExo의 miRNA의 비율(60.57%)은 nExo(8.52%)에 비해 훨씬 높았다(도 2c). 또한, iExo 내 전체 72개 중 53개가 Parsons et al.에 따른 신경계통 특이적 miRNA에 속한 것으로 나타났다(도 2g). iExo의 총 단백질 농도 역시 nExo에 비해 20배 증가한 수준이었다(도 1d). 면역형광염색 및 유세포분석 결과를 통해 iExo에는 NPC 특이적 마커 단백질인 Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin이 포함되어 있음을 확인하여, 상기 유전자들의 단백질 발현이 mRNA 발현과 같이 증가하였음을 확인할 수 있었다(도 1h). 상기 결과들은 UHDF가 신경발달과 관련된 mRNA, miRNA 및 단백질이 풍부한 리프로좀을 분비하도록 유도될 수 있었음을 증명한다. UHDF에서 유도된 리프로좀 내 전사물 및 단백질의 수가 극적으로 증가되었는데, 이 중 많은 수의 유전자가 줄기 세포에서 분화능을 유지하는 역할을 하는 바, 이러한 증가는 세포 리프로그래밍의 중대한 요인으로 작용할 수 있다는 것을 의미한다.To analyze the components of iExo, the total RNA and microRNA (miRNA) concentration and quality were measured from the exosomes isolated from the primary culture medium using the Agilent 2100 Bioanalyzer, and the protein through exosome RNA sequencing (RNA-Seq). The number of coding genes was determined. The total RNA concentration in iExo was 5.3 times higher than that of nExo (FIG. 2a), and the number of genes expressed with the RNA was 8400, which was 4.7 times higher than that of nExo, which recorded 1762 (FIG. 2b). Through open database search and gene ontology analysis, it was revealed that some mRNAs in iExo are related to neurogenesis (Fig. 2g). It was confirmed that the expression level of NPC-specific marker genes such as Sox1, Sox2, Pax6, and Nestin in iExo was increased through qRT-PCR (quantitative reverse transcription polymerase chain reaction; FIG. 2e). Among the non-coding small RNAs in the exosome, the proportion of miRNA of iExo (60.57%) was much higher than that of nExo (8.52%) ( FIG. 2c ). In addition, 53 out of a total of 72 in iExo were identified by Parsons et al. It was found to belong to the nervous system-specific miRNA according to (Fig. 2g). The total protein concentration of iExo was also increased by 20 times compared to that of nExo (Fig. 1d). Through immunofluorescence staining and flow cytometry, it was confirmed that iExo contained NPC-specific marker proteins Sox1, Sox2, Pax6 and Nestin, and it was confirmed that the protein expression of the genes increased as well as mRNA expression (Fig. 1h). The above results demonstrate that UHDF could be induced to secrete liposomes rich in mRNA, miRNA and protein involved in neurodevelopment. UHDF-induced a dramatic increase in the number of liposome transcripts and proteins, many of which play a role in maintaining differentiation capacity in stem cells. means there is

실험예2. 실시예1에 따른 리프로좀의 신경전구세포 유도능 분석 실험Experimental Example 2. Neural progenitor cell inducibility analysis experiment of liposomes according to Example 1

리프로좀에 의해 신경 표현형 방향으로의 세포 리프로그래밍이 유도될 수 있는가를 확인하기 위해, 본 발명의 발명자들은 iExo가 HDF 내로 전달되는지 확인해보았다. iExo를 친유성 추적자인 DiD (DiD-labeled iExo)로 표지한 후 HDF에 처리하여 하루 동안 배양하였다. DiD로 표지된 iExo를 iExo 처리된 HDF의 세포질에서 확인할 수 있었다(도 3c, 좌측 패널). 추가적으로, iExo 내부의 리프로그래밍 인자가 전달되었는지 확인하기 위해 온전한 HDF를 Cy5.5 표지된 poly(A)27로 표지한 후, UHDF를 제조하는 과정을 거쳐 poly(A)27-Cy5.5를 포함하는 엑소좀(Cy5.5-exo)이 유도되도록 하였다. HDF를 Cy5.5-exo를 포함하는 iExo를 처리하여 하루 동안 배양한 후, Cy5.5-exo가 HDF의 세포질에서 관찰되었다(도 3c 우측 패널). 흥미로운 점은, Pax6의 발현 증가가 iExo를 처리한 HDF로부터 처리 후 24시간 후에 유도되었으며, 이는 리프로좀이 HDF 내로 높은 효율로 전달되어 들어간다는 것을 의미한다.In order to confirm whether cellular reprogramming in the direction of a neuronal phenotype can be induced by liposomes, the present inventors checked whether iExo is delivered into HDF. iExo was labeled with DiD (DiD-labeled iExo), a lipophilic tracer, and then treated with HDF and cultured for one day. DiD-labeled iExo was confirmed in the cytoplasm of iExo-treated HDF (Fig. 3c, left panel). Additionally, to check whether the reprogramming factor inside iExo was delivered, intact HDF was labeled with Cy5.5-labeled poly(A)27, and then went through the process of preparing UHDF to include poly(A)27-Cy5.5 The exosomes (Cy5.5-exo) were induced. After HDF was treated with iExo containing Cy5.5-exo and cultured for one day, Cy5.5-exo was observed in the cytoplasm of HDF (Fig. 3c right panel). Interestingly, an increase in the expression of Pax6 was induced from HDF treated with iExo 24 hours after treatment, indicating that liposomes were delivered into HDF with high efficiency.

다음으로, iExo가 세포 리프로그래밍을 유도할 수 있는지 확인해보았다. HDF(1X105개, 7차 계대배양)을 hNSC, NHDF 및 UHDF가 하루 동안 배양된 배양배지로부터 분리된 엑소좀(이하 각각 hNSC-Exo, nExo, iExo)에 노출시켰다. 흥미롭게도, 5일간 상기 3종의 엑소좀과 HDF를 공동배양했을 때, iExo를 처리한 세포(iExo-HDF)만 조밀한 콜로니를 형성하고(> 100 μm in diameter) (도 3b), NPC 특이적인 마커의 증가를 배양 첫째날부터 보였다(Figure 3d-f). 세포를 20 Х 1011 iExos/ml로 처리했을 때, iExo-HDF는 스페로이드 형성 및 NPC 특이적인 마커 발현을 최대 수준으로 나타내었고 (도 3i), 이하 이 농도를 이용하여 iExo의 효과를 확인하였다. 엑소좀 처리 5일 후. iExo-HDF 콜로니는 1,500개에 달하였으며, Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin와 같은 NPC 특이적 유전자 및 단백질의 발현이 hNSC와 비견할 수 있는 수준으로 증가하는 등 NPC와 같은 성질을 나타내었다(도 3d-e). 마지막으로, 이중 양성 유세포분석 결과, 5일차 iExo-HDF에서 Pax6/Nestin, Sox1/Nestin 및 Sox2/Nestin인 세포가 각각 74.7%, 68.5% 및 75.8%에 달하였다(도 3f). RNA-seq 분석 결과, iExo-HDF의 신경 특이적인 유전자 발현 프로파일은 hNSC와 유사했고 HDF와는 동떨어진 양상을 나타내었고(도 3g), 유전자 온톨로지 분석을 통해 iExo-HDF에서 과발현된 다수의 유전자들이 신경발생과 연관되어 있다는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 iExo가 세포 리프로그래밍을 빠르게 유도하여 HDF로부터 높은 수율로 NPC와 유사한 세포를 5일만에 생성시킬 수 있다는 것을 보여준다. 5일차에 NPC와 유사한 특성을 갖게 된 iExo-HDF를 rNPC로, iExo-HDF의 조밀한 콜로니를 rNPC 1차 계대배양군(p1)으로 명명하였다.Next, we examined whether iExo could induce cellular reprogramming. HDF (1X10 5 pieces, 7th subculture) was exposed to exosomes (hereinafter, hNSC-Exo, nExo, iExo, respectively) isolated from the culture medium in which hNSC, NHDF and UHDF were cultured for one day. Interestingly, when the three exosomes and HDF were co-cultured for 5 days, only iExo-treated cells (iExo-HDF) formed dense colonies (> 100 μm in diameter) ( FIG. 3b ), and NPC-specific An increase in the specific marker was observed from the first day of culture (Figure 3d-f). When cells were treated with 20 Х 10 11 iExos/ml, iExo-HDF showed maximum levels of spheroid formation and NPC-specific marker expression ( FIG. 3i ), and the effect of iExo was confirmed using this concentration below. . After 5 days of exosome treatment. The number of iExo-HDF colonies reached 1,500, and the expression of NPC-specific genes and proteins such as Sox1, Sox2, Pax6, and Nestin increased to a level comparable to that of hNSC, indicating NPC-like properties (Fig. 3d). -e). Finally, as a result of double positive flow cytometry, 74.7%, 68.5%, and 75.8% of Pax6/Nestin, Sox1/Nestin, and Sox2/Nestin cells in iExo-HDF on day 5, respectively (Fig. 3f). As a result of RNA-seq analysis, the neuronal-specific gene expression profile of iExo-HDF was similar to that of hNSC and showed a different pattern from HDF (Fig. 3g). Through gene ontology analysis, a number of genes overexpressed in iExo-HDF were neurogenesis was confirmed to be related to These results show that iExo can rapidly induce cell reprogramming to generate NPC-like cells in high yield from HDF in 5 days. On day 5, iExo-HDF, which had similar characteristics to NPC, was designated as rNPC, and dense colonies of iExo-HDF were designated as rNPC primary subculture group (p1).

rNPC p1의 스페로이드를 모아 몇 차례의 계대배양을 거쳐 균일한 세포군을 수득하였다. NPC특이적인 마커 유전자 및 단백질을 분석한 결과, p2, p4, p6 및 p10의 rNPC 모두 Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin을 높은 수준으로 발현하였다. Ki-67 면역형광염색 결과 rNPC는 활발히 증식하고 있는 것으로 나타났다(도 3h). P6 rNPC의 증식능은 몇 주 간이나 유지되는 것으로 나타났다(도 3k). 상기 결과를 종합하면 상기 세포가 여러 계대 배양을 거치면서도 Ki67 및 NPC 마커 발현을 유지하는 균일하고 증폭 가능한 군의 세포라는 점이 증명된 것이며, 이는 rNPC가 NPC가 갖는 증폭 및 자기 재생능을 보유함을 의미한다.The spheroids of rNPC p1 were collected and a homogeneous cell population was obtained through several passages. As a result of analyzing NPC-specific marker genes and proteins, rNPCs of p2, p4, p6 and p10 all expressed Sox1, Sox2, Pax6 and Nestin at high levels. As a result of Ki-67 immunofluorescence staining, it was found that rNPC was actively proliferating (Fig. 3h). The proliferative ability of P6 rNPC was maintained for several weeks ( FIG. 3k ). Taken together, the above results prove that the cells are a homogeneous and amplifiable group of cells that maintain the expression of Ki67 and NPC markers while going through several passages, indicating that rNPC possesses the amplification and self-renewal ability of NPCs. it means.

실험예3. rNPC 유도 기작 분석 실험Experimental Example 3. rNPC induction mechanism assay

리프로좀에 의한 빠른 세포 리프로그래밍이 나타나는 기작을 규명하기 위해, 본 발명의 발명자들은 세포 스트레스에 의한 유전자 발현의 후생적 조절에 주목하였다. 흥미롭게도, iExo는 히스톤 변성 및 MAPK(mitogen-activated protein kinase) 경로 관련 유전자와 연관된 mRNA 및 단백질을 포함하고 있었다(도 4a). 다음으로, iExo가 표적 세포의 MAPK 신호전달경로를 자극하여 염색질 리모델링을 유도할 수 있는지 확인해 보았다. 웨스턴 블랏 및 유세포 분석 결과, iExo를 처리한 하루 후부터 HDF에서는 p38, Erk 및 Msk1의 발현이 급격하게 증가하였다 (도 4b,c). 또한, MAPK 신호전달경로의 p38 및 Erk의 저해제인 SB203580 및/또는 U0126를 iExo-HDF에 처리한 경우, 각 표적 단백질 및 상기 신호전달경로의 하류(downstream) 단백질인 Msk1 및 Sox1, Sox2, Pax6 및 Nestin 등 NPC 특이적 유전자 및 단백질의 발현이 유의미하게 감소함을 확인할 수 있었다(도 4d). 이러한 결과는 리프로좀이 빠르게 염색질 리모델링을 통해 rNPC를 유도하는 데에 MAPK 신호전달체계가 중요한 매커니즘으로 작용함을 가리킨다. 추가적으로, iExo 처리 후 3일차 HDF의 핵에서 국부 염색질 밀도 및 히스톤 변성에 나타난 변화를 추적하였다. 국부 염색질 밀도는 GFP(green fluorescent protein)으로 표지된 H2B 단백질(H2B-GFP)을 트랜스펙션시켜 확인하였다. iExo 처리 후 시간이 감에 따라 H2B-GFP 분포가 퍼지는 양상이 나타났다 (도 4e). 또한 HP1α(heterochromatin protein 1 α)의 핵 내 발현 및 저해성 히스톤 변성인 H3K27me3이 감소하고, 활성화 히스톤 변성인 H3K4me324가 iExo 처리 후 시간이 감에 따라 HDF에서 증가하였다(도 4f). 특히, 신경 발생 관련 유전자의 DNA 메틸화 프로파일을 확인한 결과, 메틸화가 감소되어 있는 것으로 나타났다 (도 4g). 상기와 같은 결과는, 리프로좀은 MAPK 신호전달체계의 활성화 및 염색질 리모델링 뿐 아니라 몇 가지 후성적 조절자를 통하여 빠른 NPC와 유사한 세포로의 리프로그래밍을 유도함을 가리킨다.In order to elucidate the mechanism by which rapid cell reprogramming by liposomes appears, the inventors of the present invention focused on epigenetic regulation of gene expression by cellular stress. Interestingly, iExo contained mRNA and protein related to histone degeneration and mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway-related genes (FIG. 4a). Next, we examined whether iExo could induce chromatin remodeling by stimulating the MAPK signaling pathway in target cells. As a result of Western blot and flow cytometry, the expression of p38, Erk, and Msk1 in HDF increased sharply from one day after iExo treatment (Fig. 4b,c). In addition, when SB203580 and/or U0126, which are inhibitors of p38 and Erk of the MAPK signaling pathway, were treated with iExo-HDF, each target protein and the downstream proteins of the signaling pathway, Msk1 and Sox1, Sox2, Pax6 and It was confirmed that the expression of NPC-specific genes and proteins such as Nestin was significantly reduced (FIG. 4d). These results indicate that the MAPK signaling system acts as an important mechanism for liposomes to induce rNPC through rapid chromatin remodeling. Additionally, the changes in local chromatin density and histone degeneration in the nucleus of HDF on day 3 after iExo treatment were tracked. The local chromatin density was confirmed by transfection of H2B protein (H2B-GFP) labeled with green fluorescent protein (GFP). As time passed after iExo treatment, the H2B-GFP distribution appeared to spread (Fig. 4e). In addition, nuclear expression of HP1α (heterochromatin protein 1α) and inhibitory histone degeneration H3K27me3 decreased, and activated histone degeneration H3K4me324 increased in HDF with time after iExo treatment (Fig. 4f). In particular, as a result of confirming the DNA methylation profile of the neurogenesis-related gene, it was found that methylation was reduced (FIG. 4g). These results indicate that liposomes induce rapid NPC-like reprogramming through several epigenetic regulators as well as activation and chromatin remodeling of the MAPK signaling system.

실험예4. rNPC의 Experimental Example 4. rNPC's in vitroin vitro and in vivo in vivo 분화능 분석 실험pluripotency assay

rNPC가 가진 신경세포로의 분화능을 평가하기 위해, rNPC가 뉴런, 성상세포 및 희돌기세포와 같은 신경 계통으로 분화할 수 있는지 확인해보았다. 5일차 rNPC 스페로이드를 최근 발표된 신경 분화 프로토콜에 따라 젤라틴 코팅이 된 배양 플레이트에 배양하였다. 신경 분화 4주 후, Map2와 Tuj1(뉴런 마커), Gfap(성상세포 마커), 및 O4(희돌기세포 마커)가 분화된 세포들에서 발현된 것을 확인할 수 있었다 (Figure 5a). Map2, Tuj1, Gfap, S100b (성상세포 마커), Mbp (희돌기세포 마커), and Oligo1 (희돌기세포 마커)의 qRT-PCR 분석 결과 역시 rNPC가 성공적으로 신경세포로 분화했음을 나타내었다. 다음으로, rNPC로부터 파생된 뉴런의 기능적 특성을 전 세포 패치 클램프 레코딩을 통해 확인해 보았다. 우선, 칼륨이온통로 (EAG1, Kv4.3, 및 Kv7.2) 및 나트륨이온통로 (Nav 1.3, Nav1.6, 및 Nav1.7)과 연관된 유전자 발현이 rNPC로부터 뉴런으로 분화한 후 크게 증가한 것을 확인하였다. 전류 클램프 시 rNPC로부터 파생된 뉴런에서는 내향 나트륨 및 외향 칼륨 전류를 확인할 수 있었다 (도 5b). 또한, 나트륨이온통로 차단제인 TTX(tetrodotoxin)에 의해 rNPC로부터 파생된 뉴런에서 나트륨 전류가 저해되는 것이 관찰되었다. rNPC 로부터 파생된 뉴런은 전류 클램프에 반응하여 활동 전위를 유발하였다(도 5c). 상기와 같은 결과는 rNPC가 다능성(multipotency)을 가지고 in vitro에서 뉴런, 성상세포 및 희돌기세포로 효과적으로 분화하였음을 나타낸다.In order to evaluate the ability of rNPCs to differentiate into neurons, we checked whether rNPCs can differentiate into neural lineages such as neurons, astrocytes and oligodendrocytes. Day 5 rNPC spheroids were cultured in gelatin-coated culture plates according to a recently published neural differentiation protocol. After 4 weeks of neuronal differentiation, it was confirmed that Map2, Tuj1 (neuron marker), Gfap (astrocytic marker), and O4 (oligodendrocyte marker) were expressed in the differentiated cells (Figure 5a). qRT-PCR analysis of Map2, Tuj1, Gfap, S100b (astrocyte marker), Mbp (oligodendrocyte marker), and Oligo1 (oligodendrocyte marker) also indicated that rNPCs successfully differentiated into neurons. Next, the functional properties of rNPC-derived neurons were verified through whole-cell patch-clamp recordings. First, expression of genes associated with potassium ion channels (EAG1, Kv4.3, and Kv7.2) and sodium ion channels (Nav 1.3, Nav1.6, and Nav1.7) was significantly increased after differentiation from rNPCs into neurons. confirmed that. Inward sodium and outward potassium currents were confirmed in neurons derived from rNPC during current clamping (FIG. 5b). In addition, it was observed that sodium current was inhibited in neurons derived from rNPC by TTX (tetrodotoxin), a sodium ion channel blocker. Neurons derived from rNPCs evoked action potentials in response to current clamps (Fig. 5c). The above results indicate that rNPC has multipotency and effectively differentiated into neurons, astrocytes and oligodendrocytes in vitro .

rNPC가 in vivo에서 다능성 분화할 수 있는지를 확인하기 위해 CMV(cytomegalovirus) 프로모터에 의해 발현되는 GFP 리포터를 트랜스펙션 시킨 HDF를 사용하여 G418 항생제로 리포터가 안정적으로 발현되는 세포(GFP-HDF)를 확립하였다. 확립된 5일차 GFP-rNPC 스페로이드(약 1,500개의 클러스터)를 정상 Sprague Dawley 랫트(n = 5)의 뇌(striata, 선상체)에 이식하고, 이들 세포의 분화 상태를 4주 후에 확인하였다. 그 결과, GFP양성인 세포를 뇌의 여러 부분에서 확인할 수 있었고, 그 중 많은 수가 긴 신경 돌기를 형성하고 있었으며(도 5d), 이는 이들 세포가 효율적으로 생존, 이동 및 숙주 통합(host integration)되었음을 가리킨다. GFP-양성인 세포는 인간 미토콘드리아 항체로 염색되는 것을 확인하여, 이들 세포가 GFP-rNPC라는 것을 확인하였다(도 5e). Gfap 양성인 성상세포, Map2 및 Tuj1 양성인 뉴런, O4 양성인 희돌기세포의 일부는 GFP-양성을 나타내었다 (도 5f). 상기와 같은 결과는 이식된 HDF로부터 유도된 rNPC는 5일만에 in vivo에서 신경 계통의 세 가지 서로 다른 세포 타입으로 분화할 수 있는 다능성을 보유할 수 있었음을 가리킨다.To confirm that rNPC can differentiate pluripotently in vivo , using HDF transfected with a GFP reporter expressed by CMV (cytomegalovirus) promoter, cells stably expressing the reporter with G418 antibiotic (GFP-HDF) has been established. Established day 5 GFP-rNPC spheroids (about 1,500 clusters) were transplanted into the brain (striata, striatum) of normal Sprague Dawley rats (n = 5), and the differentiation status of these cells was confirmed 4 weeks later. As a result, GFP-positive cells could be identified in various parts of the brain, and many of them formed long neurites (Fig. 5d), indicating that these cells survived, migrated and successfully integrated into the host. . GFP-positive cells were confirmed to be stained with human mitochondrial antibody, confirming that these cells were GFP-rNPC (FIG. 5e). Some of the Gfap-positive astrocytes, Map2 and Tuj1-positive neurons, and O4-positive oligodendrocytes were GFP-positive ( FIG. 5f ). The above results indicate that the rNPC derived from the transplanted HDF could have the pluripotency to differentiate into three different cell types of the nervous system in vivo in 5 days.

실험예5. 지방세포 유도능을 갖는 리프로좀 분석 실험Experimental Example 5. Liposome assay with adipocyte inducibility

실시예 2의 지방세포 유도능을 갖는 리프로좀 유도 방법에 따라 배양한 UHDF를 CD63 엑소좀 마커에 대한 면역형광염색을 통해 분석한 결과(이때, 대조염색은 핵염색제인 DAPI로 함), 다량의 엑소좀이 생성되고 있었으며(도6a) 상기 마커와 갈색지방세포 마커인 UCP1의 면역형광염색 결과, 분비되는 엑소좀에서 UCP1이 발현되고 있음을 확인할 수 있었다(도6b). 실시예 2의 지방세포 유도능을 갖는 리프로좀 제조 방법에 따라 수득한 리프로좀의 형태를 Nanosight 및 TEM(transmission electron microscopy)을 이용하여 분석한 결과, 정상적인 형태의 엑소좀 형태가 관찰되었고(도6c), 상기 리프로좀에 대한 RNA-Seq 분석 결과, 갈색지방세포 관련 mRNA 및 microRNA와 지질합성관련 mRNA가 대조군에 비해 크게 증가한 것으로 나타났다(도6d). 종합해보면, 실시예2의 리프로좀 제조방법에 의해 HDF로부터 지방세포 유도능을 갖는 리프로좀이 성공적으로 유도, 수득되었음을 확인할 수 있다.As a result of analyzing UHDF cultured according to the liposome induction method having adipocyte inducing ability of Example 2 through immunofluorescence staining for the CD63 exosome marker (in this case, the counterstaining was performed with the nuclear staining agent DAPI), a large amount exosomes were being generated (FIG. 6a), and as a result of immunofluorescence staining of the marker and the brown adipocyte marker UCP1, it was confirmed that UCP1 was expressed in the secreted exosomes (FIG. 6b). The morphology of liposomes obtained according to the method for preparing liposomes having adipocyte inducibility of Example 2 was analyzed using Nanosight and TEM (transmission electron microscopy), and as a result, a normal morphology of exosomes was observed ( FIG. 6c), as a result of RNA-Seq analysis of the liposome, it was found that brown adipocyte-related mRNA and microRNA and lipid synthesis-related mRNA were significantly increased compared to the control group ( FIG. 6d ). In summary, it can be confirmed that liposomes having adipocyte inducing ability were successfully induced and obtained from HDF by the liposome preparation method of Example 2.

실험예6. rBA 분석 실험Experimental Example 6. rBA assay

실시예 2의 rBA 제조방법에 따라 제조된 rBA를 지방세포에서 다량 발견되는 지방방울을 확인할 수 있는 AdipoRed로 염색한 결과(이때, 대조염색은 핵염색제인 DAPI로 함), AdipoRed 음성으로 나타난 대조군에 비해 뚜렷한 양성을 나타내었다(도7 상단 패널). 상기 rBA를 갈색지방세포 마커인 UCP1으로 면역형광염색한 결과(이때, 대조염색은 핵염색제인 DAPI와 인간 미토콘드리아 항체인 HuMito로 함), 마찬가지로 음성으로 나타난 대조군에 비해 뚜렷한 양성을 보였다(도7 하단 패널). 상기와 같은 결과는 실시예2의 제조방법에 따라 제조된 리프로좀 및 이를 이용한 rBA 제조방법을 통해 HDF를 rBA로 리프로그래밍할 수 있다는 것을 보여준다.As a result of staining the rBA prepared according to the rBA preparation method of Example 2 with AdipoRed, which can confirm a large amount of fat droplets found in adipocytes (in this case, the counterstaining was performed with a nuclear staining agent, DAPI), AdipoRed negative control showed a distinct positivity compared to that (Fig. 7 upper panel). As a result of immunofluorescence staining of the rBA with UCP1, a brown adipocyte marker (in this case, the counterstaining was performed using the nuclear staining agent DAPI and the human mitochondrial antibody HuMito), it was also clearly positive compared to the negative control group (Fig. 7 bottom). panel). The above results show that HDF can be reprogrammed into rBA through the liposome prepared according to the preparation method of Example 2 and the rBA preparation method using the same.

실험예7. 간세포 유도능을 갖는 리프로좀 분석 실험Experimental Example 7. Liposome assay with hepatocyte inducibility

실시예 3의 간세포 유도능을 갖는 리프로좀 유도 방법에 따라 배양한 UHDF를 CD63 엑소좀 마커에 대한 면역형광염색을 통해 분석한 결과(이때, 대조염색은 핵염색제인 DAPI로 함), 다량의 엑소좀이 생성되고 있었으며(도8a) 상기 마커와 간세포 마커인 HNF1a의 면역형광염색 결과, 분비되는 엑소좀에서 HNF1a이 발현되고 있음을 확인할 수 있었다(도8b). 실시예 3의 간세포 유도능을 갖는 리프로좀 제조 방법에 따라 수득한 리프로좀의 형태를 Nanosight 및 TEM(transmission electron microscopy)을 이용하여 분석한 결과, 정상적인 형태의 엑소좀 형태가 관찰되었고(도8c), 상기 리프로좀에 대한 RNA-Seq 분석 결과, 간세포 관련 mRNA 및 microRNA가 대조군에 비해 크게 증가한 것으로 나타났다(도8d). 종합해보면, 실시예2의 리프로좀 제조방법에 의해 HDF로부터 지방세포 유도능을 갖는 리프로좀이 생성, 분비되었음을 확인할 수 있다.As a result of analyzing UHDF cultured according to the liposome induction method having hepatocyte induction ability of Example 3 through immunofluorescence staining for the CD63 exosome marker (in this case, the counterstaining was performed using the nuclear staining agent DAPI), a large amount of Exosomes were being generated (FIG. 8a), and as a result of immunofluorescence staining of the marker and the hepatocyte marker HNF1a, it was confirmed that HNF1a was expressed in the secreted exosomes (FIG. 8b). The morphology of liposomes obtained according to the method for preparing liposomes having hepatocyte inducibility of Example 3 was analyzed using Nanosight and TEM (transmission electron microscopy), and as a result, a normal morphology of exosomes was observed (Fig. 8c), as a result of RNA-Seq analysis of the liposomes, it was found that hepatocyte-related mRNA and microRNA significantly increased compared to the control group (Fig. 8d). In summary, it can be confirmed that liposomes having adipocyte inducing ability were generated and secreted from HDF by the liposome preparation method of Example 2.

실험예8. rH 분석 실험Experimental Example 8. rH assay

실시예 3의 rH 제조방법에 따라 제조된 rH를 간세포 마커인 AFP, HNF4a, CK18, ALB로 면역형광염색한 결과(이때, 대조염색은 핵염색제인 DAPI로 함), 뚜렷한 양성을 나타내었다(도9). 상기와 같은 결과는 실시예3의 제조방법에 따라 제조된 리프로좀 및 이를 이용한 rH 제조방법을 통해 HDF를 rH로 리프로그래밍할 수 있다는 것을 보여준다.As a result of immunofluorescence staining of rH prepared according to the rH production method of Example 3 with hepatocyte markers AFP, HNF4a, CK18, and ALB (in this case, the counterstaining was performed using the nuclear staining agent DAPI), it was clearly positive (Fig. 9). The above results show that HDF can be reprogrammed into rH through the liposome prepared according to the preparation method of Example 3 and the rH preparation method using the same.

실험예9. 모발재생능을 갖는 리프로좀 분석 실험Experimental Example 9. Liposome analysis experiment with hair regeneration ability

실시예 4의 모발재생능을 갖는 리프로좀 유도 방법에 따라 배양한 UHDF를 CD63 엑소좀 마커에 대한 면역형광염색을 통해 분석한 결과(이때, 대조염색은 핵염색제인 DAPI로 함), 다량의 엑소좀이 생성되고 있었으며(도10b) 상기 마커와 모발재생에 중요한 마커인 Shh(Sonic hedgehog)의 면역형광염색 결과, 분비되는 엑소좀에서 Shh이 발현되고 있음을 확인할 수 있었다(도10c). 실시예 4의 모발재생능을 갖는 리프로좀 제조 방법에 따라 수득한 리프로좀의 형태를 Nanosight 및 TEM(transmission electron microscopy)을 이용하여 분석한 결과, 정상적인 형태의 엑소좀 형태가 관찰되었고(도10a), 상기 리프로좀에 대한 RNA-Seq 분석 결과, 모발 재생과 관련된 모발조직 발생, 발모 촉진, Jak-Stat 신호전달체계 및 Wnt 신호전달체계의 mRNA 및 microRNA가 대조군에 비해 크게 증가한 것으로 나타났다(도10d). 종합해보면, 실시예4의 리프로좀 제조방법에 의해 HDF로부터 모발재생능을 갖는 리프로좀이 성공적으로 유도되었음을 확인할 수 있다.As a result of analyzing UHDF cultured according to the method of inducing liposomes having hair regeneration ability of Example 4 through immunofluorescence staining for the CD63 exosome marker (in this case, the counterstaining was performed with the nuclear staining agent DAPI), a large amount of Exosomes were being generated (FIG. 10b), and as a result of immunofluorescence staining of the above marker and Sonic hedgehog (Shh), an important marker for hair regeneration, it was confirmed that Shh was expressed in the secreted exosomes (FIG. 10c). As a result of analyzing the morphology of liposomes obtained according to the method for preparing liposomes having hair regeneration ability of Example 4 using Nanosight and TEM (transmission electron microscopy), a normal morphology of exosomes was observed (Fig. 10a), as a result of RNA-Seq analysis on the liposome, it was found that mRNA and microRNA of hair regeneration-related hair regeneration, hair growth promotion, Jak-Stat signaling system and Wnt signaling system increased significantly compared to the control group ( Fig. 10d). Taken together, it can be confirmed that liposomes having hair regeneration ability were successfully induced from HDF by the liposome preparation method of Example 4.

실험예10. 모발재생능을 갖는 리프로좀에 의한 모발 재생 실험Experimental Example 10. Hair regeneration experiment by liposome with hair regeneration ability

실시예4의 모발재생능을 갖는 리프로좀의 제조방법에 따라 수득한 리프로좀을 지질 마커인 DiD로 염색 후 Nude 마우스 및 대조군인 C57 마우스의 표피에 도포한 결과, 리프로좀이 모공 내에 침투한 것을 확인할 수 있었다(도11a-b, 대조염색은 핵염색제인 DAPI로 함). 배측(dorsal side)의 모발을 제거한 C57마우스 및 누드마우스의 피부에 D-PBS 배양액에 희석한 리프로좀을 1X109, 1X1010, 1X1011 개/ml 농도로 각각 도포하여 1주 및 2주 후에 각각 그 효과를 확인한 결과, 누드마우스의 경우는 리프로좀을 처리하지 않은 군에서는 육안으로 모발이 관찰되지 않는데 반해, 리프로좀을 처리한 군의 경우 1주차부터 모발이 다수 자라난 것을 확인할 수 있었으며, C57마우스는 대조군에 비해 많은 수의 모발이 길게 자라난 것을 확인할 수 있었다(도 13a-b). 리프로좀을 2주간 처리한 군은 대조군에 비해 모발이 3배 이상 길게 자랐고, H&E 염색 결과 리프로좀을 처리한 피부에서 모낭을 나타내는 짙은 보라색으로 염색된 부분이 다수 관찰되었으며(도12a-b), 피부층 전체, 특히 피하조직(subcutis)에서 모낭이 대조군에 비해 훨씬 많은 수가 확인되어(도12c-d), 모발 생성이 촉진된 것을 조직 수준에서도 확인할 수 있었다. 또한, 리프로좀 처리군은 대조군에 비교하여 모낭세포 재생과 관련된 단백질인 β-Catenin, Shh 및 Ki67의 발현이 증가한 것을 조직 면역형광염색을 통해 확인하였고(도10c-d), 발모 촉진 인자인 Shh, β-Catenin, KRT-25, VCAN, Gli1, Lef1, Pct1, Tyrp1, Tyr, Mitf, DCT의 mRNA 발현이 증가하고, 발모 억제 인자인 Sfrp4 및 DKK의 mRNA 발현이 감소하였음을 qRT-PCR을 통해 확인하였다(도11e-f). 종합해보면, 모발재생능을 갖는 리프로좀은 실험예9에 따른 in vitro 실험에서 예측되었던 바, in vivo에서도 모발 재생에 탁월한 효과를 나타내었음을 의미한다.After staining the liposomes obtained according to the method for preparing liposomes having hair regeneration ability of Example 4 with DiD, a lipid marker, the liposomes were applied to the epidermis of Nude mice and control C57 mice. It was confirmed that it penetrated (FIGS. 11a-b, counterstaining was performed with DAPI, a nuclear staining agent). 1X10 9 , 1X10 10 , 1X10 11 pieces/ml concentration of liposomes diluted in D-PBS culture medium were applied to the skin of C57 mice and nude mice from which the hair on the dorsal side was removed, respectively, after 1 and 2 weeks As a result of confirming each effect, in the case of nude mice, hairs were not observed with the naked eye in the group not treated with liposomes, whereas in the group treated with liposomes, it was confirmed that a large number of hairs grew from the first week. There was, and it was confirmed that a large number of hairs grew longer in C57 mice than in the control group (FIGS. 13a-b). In the group treated with liposomes for 2 weeks, hair grew more than 3 times longer than that of the control group, and as a result of H&E staining, a number of areas stained with dark purple indicating hair follicles were observed in the skin treated with liposomes (Fig. 12a-b). ), a much larger number of hair follicles than the control group was confirmed in the entire skin layer, especially in the subcutis (Fig. 12c-d), and it was confirmed at the tissue level that hair production was promoted. In addition, compared to the control group, the liposome-treated group showed increased expression of β-Catenin, Shh and Ki67, which are proteins related to hair follicle cell regeneration, through tissue immunofluorescence staining (FIG. 10c-d), and the hair growth promoting factor qRT-PCR showed that the mRNA expression of Shh, β-Catenin, KRT-25, VCAN, Gli1, Lef1, Pct1, Tyrp1, Tyr, Mitf, and DCT was increased and the mRNA expression of Sfrp4 and DKK, the hair growth inhibitory factors, decreased. through (Fig. 11e-f). In summary, the liposome having hair regeneration ability was predicted in the in vitro experiment according to Experimental Example 9, meaning that it exhibited an excellent effect on hair regeneration in vivo as well.

실험예11. 조직재생능을 갖는 리프로좀 분석 실험Experimental Example 11. Liposome analysis experiment with tissue regeneration ability

실시예 5의 조직재생능을 갖는 리프로좀의 제조방법에 따라 배양한 UHDF를 CD63 엑소좀 마커에 대한 면역형광염색을 통해 분석한 결과(이때, 대조염색은 핵염색제인 DAPI로 함), 다량의 엑소좀이 생성되고 있음을 확인할 수 있었다(도14a). 상기 세포의 배양액으로부터 분리한 엑소좀(리프로좀)을 qRT-PCR을 통해 분석한 결과, 상처 치유와 연관된 세포외 구성물질(extracellular matrix) 관련 유전자인 Collagen 1α (Col1α), Collagen 3α (Col3α) 및 Elastin (ELN)과, 세포 증식과 관련된 유전자인 Proliferating cell nuclear antigen (PCNA), N-Cadherin 및 Cyclin-D1 등의 발현이 대조군으로부터 분리한 엑소좀에 비해 높아진 것을 알 수 있었다(도 14b). 또한 RNA-seq 결과, 리프로좀에서는 nExo에 비해 많은 상처 치유 관련 유전자가 발현되고 있음이 확인되었다(도 14c).As a result of analyzing UHDF cultured according to the method for producing liposomes having tissue regeneration ability of Example 5 through immunofluorescence staining for the CD63 exosome marker (in this case, the counterstaining was performed with the nuclear staining agent DAPI), a large amount It could be confirmed that the exosomes were being generated (Fig. 14a). As a result of analyzing the exosomes (liposomes) isolated from the cell culture solution through qRT-PCR, Collagen 1α (Col1α), Collagen 3α (Col3α), which are genes related to the extracellular matrix associated with wound healing and Elastin (ELN), and proliferating cell nuclear antigen (PCNA), which are genes related to cell proliferation, it was found that the expression of N-Cadherin and Cyclin-D1 was increased compared to the exosomes isolated from the control group (FIG. 14b). In addition, as a result of RNA-seq, it was confirmed that many wound healing-related genes were expressed in liposomes compared to nExo (FIG. 14c).

실험예12. 조직재생능을 갖는 리프로좀에 의한 조직재생 효과 분석 실험Experimental Example 12. Tissue regeneration effect analysis experiment by liposome with tissue regeneration ability

실시예 5의 조직재생능을 갖는 리프로좀의 제조방법에 따라 제조한 리프로좀을 HDF에 처리하고, 이에 대해 리프로좀의 농도에 따른 효과를 확인해 보았다. 우선, 세포 증식 효과를 관련 마커인 Ki67에 대한 면역형광염색을 통해 분석한 결과, 실험군은 대조군에 비해 상기 마커의 발현이 더 높았는데, 특히 5X1011/ml 및 10X1011/ml 농도의 리프로좀을 처리하였을 때 그 효과가 더 뛰어났음을 알 수 있었고, 세포 수가 더 많이 증가하였음을 확인하였다(도15a-b). 다음으로, 상기 HDF를 플레이트에 가득 차도록 배양 후 20 μl yellow tip으로 선을 그어 세포 간 거리를 떨어뜨린 후 리프로좀을 처리하여 배양하는 wound healing assay를 진행하였고, 이 결과 리프로좀 처리군에서 빈 공간이 상대적으로 빠르게 채워지는 것으로 나타나(도 15c-d), 대조군의 세포 이동률이 높은 것을 확인할 수 있었다. The liposomes prepared according to the method for preparing liposomes having tissue regeneration ability of Example 5 were treated with HDF, and the effect according to the concentration of the liposomes was checked. First, as a result of analyzing the cell proliferation effect through immunofluorescence staining for the related marker Ki67, the expression of the marker was higher in the experimental group than in the control group, especially liposomes at concentrations of 5X10 11 /ml and 10X10 11 /ml. It was found that the effect was more excellent when treated with , and it was confirmed that the number of cells increased more (Figs. 15a-b). Next, after culturing the HDF to fill the plate, a line was drawn with a 20 μl yellow tip to decrease the distance between cells, and a wound healing assay was performed in which liposomes were treated and cultured. As a result, in the liposome-treated group It appeared that the empty space was filled relatively quickly (FIGS. 15c-d), and it was confirmed that the cell migration rate of the control group was high.

다음으로, 실시예 5에 따라 제조된 리프로좀의 농도에 따른 조직재생 과정 중 혈관 형성 효율을 분석하고자, 내피 세포인 HUVEC에 서로 다른 농도의 리프로좀을 처리하고, 10시간 후에 관(tube) 형성을 확인하였다. 그 결과, 리프로좀 처리군이 대조군에 비해 관을 잘 형성하였음을 육안으로도 확인할 수 있었고(도 15e), 관의 길이 및 교착점 수 역시 더 높게 나타났는데(도 15f-g), 특히 5X1011/ml 및 10X1011/ml 농도로 처리한 군에서 그 수치가 높게 나타났다.Next, in order to analyze the blood vessel formation efficiency during the tissue regeneration process according to the concentration of the liposomes prepared according to Example 5, endothelial cells, HUVECs, were treated with liposomes at different concentrations, and after 10 hours, a tube (tube) ) formation was confirmed. As a result, it was confirmed with the naked eye that the liposome-treated group formed a tube better than the control group (FIG. 15e), and the length of the tube and the number of agglutination points were also higher (FIG. 15f-g), especially 5X10 In the group treated with 11 /ml and 10X10 11 /ml concentrations, the values were high.

마지막으로, 리프로좀을 처리한 세포 내 상처 치유 관련 유전자의 발현을 qRT-PCR로 분석하였다. 그 결과, 실험군의 경우 대조군에 비해 상처 치유 관련 유전자의 발현이 높게 나타났다(도 15h).Finally, the expression of wound healing-related genes in liposome-treated cells was analyzed by qRT-PCR. As a result, the expression of wound healing-related genes was higher in the experimental group than in the control group (FIG. 15h).

종합하여 보면, 실시예 5에 따라 제조된 리프로좀은 세포 증식과 이동 및 혈관 발달 등을 촉진함으로써 조직의 상처 치유 및 재생 능력을 향상시켜줄 수 있다.Taken together, the liposome prepared according to Example 5 can improve tissue wound healing and regeneration ability by promoting cell proliferation, migration, and blood vessel development.

비교예1. 리프로좀에 대한 대조군Comparative Example 1. Control for liposomes

초음파로 자극하지 않은 HDF(NHDF)를 2 mM GlutaMAXTM-I Supplement(Gibco), 6 U/mL heparin (Sigma-Aldrich) 및 200 μM ascorbic acid (Sigma-Aldrich)가 포함된 hNSC 배지(StemPro®NSC SFM, Gibco) 혹은 섬유아세포 배지(10% fetal bovine serum(Gibco) 및 1% penicillin/streptomycin(Gibco)가 포함된 DMEM(Gibco))에 배양하였다. 상기 NHDF를 배양한 배양배지로부터 엑소좀(nExo)을 분리할 때에는 실시예1의 리프로좀 분리 방법과 동일한 과정을 거쳤다.Unsonicated HDF (NHDF) was treated with hNSC medium (StemPro®NSC) containing 2 mM GlutaMAX TM -I Supplement (Gibco), 6 U/mL heparin (Sigma-Aldrich), and 200 μM ascorbic acid (Sigma-Aldrich). SFM, Gibco) or fibroblast medium (DMEM (Gibco) containing 10% fetal bovine serum (Gibco) and 1% penicillin/streptomycin (Gibco)). When separating the exosomes (nExo) from the culture medium in which the NHDF was cultured, the same procedure as the liposome separation method of Example 1 was performed.

비교예2. 리프로좀에 의해 유도된 세포의 대조군Comparative Example 2. Control of cells induced by liposomes

1 Х105 개의 HDF를 35-mm 페트리 디쉬에 시딩하여 하루 동안 배양한 후, 배지를 비교예1에 따라 수득한 엑소좀을 포함한 배지로 바꾸어 5일 동안 배양하였다. 이때, 엑소좀을 포함한 배지는 각 실험군과 일치시킨 바, rNPC, rBA, rH에 대한 대조군에 대해 각각 hNSC배지, 줄기세포용 지방세포 분화유도 배지, 간세포 배양 배지를 사용하였으며, 배양 배지는 2일마다 교체되었다.After seeding 1 Х10 5 HDFs in a 35-mm Petri dish and culturing for one day, the medium was changed to a medium containing exosomes obtained according to Comparative Example 1 and cultured for 5 days. At this time, the medium including exosomes was consistent with each experimental group. For the control groups for rNPC, rBA, and rH, hNSC medium, adipocyte differentiation induction medium for stem cells, and hepatocyte culture medium were used, respectively, and the culture medium was 2 days. was replaced every

전술한 본 발명에 대한 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. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. There will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (25)

포유류 유래 세포의 리프로그래밍을 유도하는 리프로좀을 포함하는 조성물을 제1배양 배지에 혼입하여 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물에서 제1 세포를 배양하는 단계; 및
상기 배양 후 제2 세포를 수득하는 단계;
를 포함하는, 포유류 유래 세포를 리프로그래밍하는 방법으로서,
상기 리프로좀은
포유류 유래 세포에 초음파 자극을 제공하고, 세포가 없는 배양 배지에 초음파 자극을 제공하는 단계;
상기 초음파 자극된 포유류 유래 세포와 상기 초음파 자극된 배양 배지를 혼합한 혼합물을 일정 시간 배양하는 단계;
상기 배양 후의 혼합물을 원심분리하여 상층액을 수득하는 단계;
상기 상층액을 필터로 여과하여 여과액을 수득하는 단계; 및
상기 여과액을 농축하는 단계
를 포함하는 제조방법으로 제조되고,
상기 리프로좀은 직경이 50 내지 200 nm이고, 상기 조성물 내 1×1011~50×1011 개/ml 농도로 포함되며,
상기 리프로좀 내 총 RNA 중 소형RNA (small RNA) 비율이 40% 이상이고, 상기 소형RNA 중 마이크로RNA(miRNA) 비율이 40% 이상이며,
상기 혼입된 배지는 제2 세포가 유지 및 증폭될 수 있는 배양 배지이고,
상기 리프로좀은 염색질 리모델링(chromatin remodeling)에 관여하는 유전자의 RNA를 포함하고, 상기 유전자는 MAPK(mitogen-activated protein kinase) 신호전달체계 상의 인산화효소 유전자 및 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
forming a mixture by incorporating a composition comprising a liposome inducing reprogramming of mammalian-derived cells into a first culture medium;
culturing the first cells in the mixture; and
obtaining a second cell after the culturing;
As a method of reprogramming a mammal-derived cell comprising a,
The liposome is
providing ultrasound stimulation to mammalian-derived cells and providing ultrasound stimulation to a cell-free culture medium;
culturing a mixture of the ultrasonically stimulated mammalian-derived cells and the ultrasonically stimulated culture medium for a predetermined time;
centrifuging the cultured mixture to obtain a supernatant;
filtering the supernatant with a filter to obtain a filtrate; and
Concentrating the filtrate
It is manufactured by a manufacturing method comprising
The liposome has a diameter of 50 to 200 nm, and is included in the composition at a concentration of 1 × 10 11 to 50 × 10 11 pieces/ml,
A small RNA (small RNA) ratio among the total RNA in the liposome is 40% or more, and a microRNA (miRNA) ratio among the small RNAs is 40% or more,
The incorporated medium is a culture medium in which the second cells can be maintained and expanded,
The liposome includes RNA of a gene involved in chromatin remodeling, and the gene includes a kinase gene and a gene having histone modification activity on a mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling system. How to characterize.
제1항에 있어서,
상기 MAPK 신호전달체계 상의 인산화효소 유전자는 BRAF, MAP2K3, MAP3K10, MAP3K4, MAP3K5, MAP3K7, MAPK12, RPS6KA4(MSK2), TAOK1 및 TAOK2로 구성된 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The kinase gene on the MAPK signaling system is at least one selected from the group consisting of BRAF, MAP2K3, MAP3K10, MAP3K4, MAP3K5, MAP3K7, MAPK12, RPS6KA4 (MSK2), TAOK1 and TAOK2.
제1항에 있어서,
상기 히스톤 변형 활성을 가지는 유전자는 ASH1L, CREBBP, DOT1L, EP300, GTF3C1, KAT2A, KAT6B, KDM1A, KDM3B, KDM6A, KMT2A, KMT2E, NCOA3, NSD1, SETD1A 및 SETD2로 구성된 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The gene having the histone modification activity is characterized in that at least one selected from the group consisting of ASH1L, CREBBP, DOT1L, EP300, GTF3C1, KAT2A, KAT6B, KDM1A, KDM3B, KDM6A, KMT2A, KMT2E, NCOA3, NSD1, SETD1A and SETD2 how to do it with
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 포유류 유래 세포는 포유류 유래의 섬유아세포 또는 포유류 유래 기관 내 조직세포인 방법.
According to claim 1,
The method wherein the mammalian-derived cells are mammalian-derived fibroblasts or tissue cells in mammalian-derived organs.
제1항에 있어서,
상기 세포가 없는 배양 배지는 배아줄기세포 배지, 신경줄기세포 배지, 심장줄기세포 배지, 모유두세포 배지, 중간엽줄기세포 배지, 골형성 배지, 근형성 배지, 조혈줄기세포 배지, 뉴런(neuron) 배지, 성상세포 배지, 희돌기세포 배지, 간세포(hepatocyte) 배지, 지방세포 배지, 근육세포 배지, 혈관내피세포 배지, 췌장 베타세포 배지, 및 심근세포 배지 중 어느 하나인 방법.
According to claim 1,
The cell-free culture medium includes embryonic stem cell medium, neural stem cell medium, cardiac stem cell medium, dermal papilla cell medium, mesenchymal stem cell medium, osteogenic medium, myogenic medium, hematopoietic stem cell medium, neuron medium, A method of any one of astrocyte medium, oligodendrocyte medium, hepatocyte medium, adipocyte medium, myocyte medium, vascular endothelial cell medium, pancreatic beta cell medium, and cardiomyocyte medium.
제1항에 있어서,
상기 세포가 없는 배양 배지는 신경줄기세포 배지, 모유두세포 배지, 간세포(hepatocyte) 배지, 및 지방세포 배지 중 어느 하나인 방법.
According to claim 1,
The cell-free culture medium is any one of a neural stem cell medium, a dermal papilla cell medium, a hepatocyte medium, and an adipocyte medium.
제1항에 있어서,
상기 포유류 유래 세포에 제공되는 초음파 자극은 10 내지 30 KHz, 0.5 내지 3 W/cm2로 1 내지 10초 동안 수행되는 것인 방법.
According to claim 1,
Ultrasonic stimulation provided to the mammalian-derived cells is 10 to 30 KHz, 0.5 to 3 W/cm 2 The method is performed for 1 to 10 seconds.
제1항에 있어서,
상기 세포가 없는 배양 배지에 제공되는 초음파 자극은 10 내지 30 KHz, 1 내지 20 W/cm2로 1 내지 20분 동안 수행되는 것인 방법.
According to claim 1,
Ultrasonic stimulation provided to the cell-free culture medium is 10 to 30 KHz, 1 to 20 W / cm 2 The method is performed for 1 to 20 minutes.
제1항에 있어서,
상기 초음파 자극된 포유류 유래 세포와 상기 초음파 자극된 배양 배지를 혼합한 혼합물을 일정 시간 배양하는 단계는 1 내지 10일 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The method of claim 1, wherein the step of culturing a mixture of the ultrasonically stimulated mammalian-derived cells and the ultrasonically stimulated culture medium for a predetermined time is performed for 1 to 10 days.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 리프로좀은
상기 상층액을 필터로 여과하여 여과액을 수득하는 단계 전에 상기 상층액을 4℃이하에서 7일 내지 1달 동안 보관하는 단계를 추가로 포함하는 제조방법으로 제조된 것인 방법.
According to claim 1,
The liposome is
Filtering the supernatant with a filter to obtain a filtrate, the method prepared by a manufacturing method further comprising the step of storing the supernatant at 4 ° C. or less for 7 days to 1 month.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1세포는 포유류 유래 섬유아세포 또는 포유류 유래 기관 내 조직세포인 방법.
According to claim 1,
The first cell is a mammal-derived fibroblast or a tissue cell in a mammal-derived organ.
제1항에 있어서,
상기 제2세포는 만능성(pluripotency) 이하의 분화능을 가지는 세포인 방법.
According to claim 1,
The second cell is a cell having a differentiation capacity of less than pluripotency (pluripotency) method.
제1항에 있어서,
상기 제2세포는 배아줄기세포, 신경줄기세포, 심장줄기세포, 모유두세포, 중간엽줄기세포, 및 조혈줄기세포 중 어느 하나인 방법.
According to claim 1,
The second cell is any one of embryonic stem cells, neural stem cells, cardiac stem cells, dermal papilla cells, mesenchymal stem cells, and hematopoietic stem cells.
제1항에 있어서,
상기 제2세포는 신경줄기세포, 뉴런(neuron), 성상세포, 희돌기세포, 간세포(hepatocyte), 지방세포, 모낭세포, 근육세포, 혈관내피세포, 각질세포, 췌장 베타세포 및 심근세포 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The second cell is any one of neural stem cells, neurons, astrocytes, oligodendrocytes, hepatocytes, adipocytes, hair follicle cells, muscle cells, vascular endothelial cells, keratinocytes, pancreatic beta cells, and cardiomyocytes. A method characterized in that
제1항에 있어서,
상기 제2세포는 제1세포와 다른 종류인 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The method, characterized in that the second cell is a different type from the first cell.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 배양 배지는 상기 세포가 없는 배양 배지와 같은 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The method of claim 1, wherein the first culture medium is the same as the cell-free culture medium.
제1항에 있어서,
상기 제2세포는 줄기세포, 간세포(progenitor cell) 및 전구세포(precursor cell) 중 어느 하나이고, 상기 제1세포를 배양하는 단계는 1 내지 6일 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The second cell is any one of stem cells, hepatocytes (progenitor cells) and precursor cells (precursor cells), and the step of culturing the first cell is characterized in that it is carried out for 1 to 6 days.
제1항에 있어서,
상기 제2세포는 뉴런(neuron), 성상세포, 희돌기세포, 간세포(hepatocyte), 지방세포, 모낭세포, 근육세포, 혈관내피세포, 각질세포, 췌장 베타세포 및 심근세포 중 어느 하나이고, 제1세포를 배양하는 단계는 10일 내지 60일 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The second cell is any one of neurons, astrocytes, oligodendrocytes, hepatocytes, adipocytes, hair follicles, muscle cells, vascular endothelial cells, keratinocytes, pancreatic beta cells, and cardiomyocytes; The method of culturing one cell is characterized in that it proceeds for 10 to 60 days.
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