KR20080068394A - ADULT STEM CELLS HAVING AN ABILITY OF DIFFERENTIATION INTO PANCREAS Beta; CELLS - Google Patents

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Abstract

An adult stem cell derived from a human tissue is provided to be differentiated into beta cells, thereby being useful for cell therapy of diabetic diseases. A method for differentiating adult stem cells into pancreas beta cells comprises a step of culturing adult stem cells derived from a human tissue in a medium not including nestin positive cells, wherein the adult stem cell derived from the human tissue is prepared by culturing monocytes isolated from the human tissue in a culture medium including bFGF, penicillin, streptomycin, glutamine and FBS and then recovering the culture material and the adult stem cell is characterized in that it has Oct4 and SSEA4 expression capability, shows positive immunological characteristics on CD29, CD31, CD44, and CD45 and negative immunological characteristics on CD4, CD20, CD34, and CD51, is attached to a plastic to grow, shows morphological characteristics of round shape or spindle shape, has the ability of being differentiated into cells derived from endoderm, mesoderm and ectoderm, and has a characteristic of being differentiated into the pancreas beta cells. A cell therapeutic agent for treating diabetes comprises the pancreas beta cell as an effective ingredient. Further, the adult stem cell derived from the human tissue is a adult stem cell derived from a cord blood.

Description

췌장 베타세포로의 분화능을 가지는 성체 줄기세포{Adult Stem Cells Having an Ability of Differentiation into Pancreas β Cells}Adult Stem Cells Having an Ability of Differentiation into Pancreas β Cells}

도 1의 a는 인간 제대혈 유래 성체 줄기세포(배아줄기세포의 특정 성질 공유하고 있음)의 집합으로 형성된 콜로니 사진이고, 인간 제대혈 유래 성체 줄기세포에서의 배아줄기세포 특이 발현단백질인 Oct4(b), SSEA4(c)을 발현을 확인한 사진이다.1 a is a colony photograph formed from a collection of human umbilical cord blood-derived adult stem cells (which share specific properties of embryonic stem cells), and Oct4 (b), which is an embryonic stem cell specific expression protein in human umbilical cord blood-derived adult stem cells, It is a photograph confirming the expression of SSEA4 (c).

도 2는 각각의 인자에 대하여 면역염색한 사진이다 [a 및 d: C-펩타이드(빨간색); b 및 e :인슐린(녹색); c 및 f: 췌장 베타세포 유사구조]Figure 2 is an immunostained picture for each factor [a and d: C-peptide (red); b and e: insulin (green); c and f: pancreatic beta-cell-like structure]

도 3은 C-펩타이드(a) 및 Oct4(b)의 웨스턴 블롯 분석 결과이다.Figure 3 shows the Western blot analysis of C-peptide (a) and Oct4 (b).

본 발명은 제대혈을 포함하는 인간조직 유래 성체 줄기세포를 네스틴 양성세포가 없는 배지에서 배양하는 것을 특징으로 하는, 성체 줄기세포를 췌장 베타세포(인슐린 생산세포)로 분화시키는 방법 및 그 방법에 의해 수득한 췌장 베타 유사 세포에 관한 것이다.The present invention provides a method for differentiating adult stem cells into pancreatic beta cells (insulin producing cells), comprising culturing adult stem cells derived from human tissues including cord blood in a medium without nestin positive cells. It relates to the pancreatic beta-like cells obtained.

21세기의 생명공학은 인간복지를 최종목표로 식량, 환경, 건강 문제에 새로운 해결책의 가능성을 제시하고 있으며, 최근에 줄기세포의 이용기술은 난치병 치료의 새로운 장으로 떠오르고 있다. 이전까지는 인간의 난치병 치료를 위해 장기이식이나 유전자 치료 등이 제시되었으나, 면역거부와 공급 장기 부족, 벡터개발이나 질환유전자에 대한 지식부족으로 효율적인 실용화가 미진하였다. Biotechnology in the 21st century presents the possibility of new solutions to food, environment and health problems as the final goal of human welfare. Recently, the use of stem cells has emerged as a new chapter in the treatment of intractable diseases. Previously, organ transplantation and gene therapy have been suggested for the treatment of intractable disease in humans. However, due to the lack of immunity, lack of supply organs, lack of knowledge on vector development and disease genes, efficient practical use has been insufficient.

이에 줄기세포연구에 대한 관심이 고조되어, 증식과 분화를 통해 모든 기관을 형성할 능력을 가진 만능 줄기세포가 대부분의 질병 치료는 물론 장기 훼손을 근원적으로 해결할 수 있는 것으로 인식되었다. 또한, 많은 과학자가 인체의 거의 모든 장기 재생은 물론 난치병이었던 파킨슨병, 각종 암, 당뇨병과 척수손상등의 치료에 이르기까지 다양하게 줄기세포의 적용 가능성을 제시해 왔다. As interest in stem cell research increased, pluripotent stem cells with the ability to form all organs through proliferation and differentiation were found to be capable of fundamentally solving long-term damage as well as treating most diseases. In addition, many scientists have suggested the possibility of applying stem cells to treatment of almost all organs of the human body as well as treatment of Parkinson's disease, various cancers, diabetes and spinal cord injury.

줄기세포(stem cells)란 자기 복제 능력을 가지면서 두 개 이상의 세포로 분화하는 능력을 갖는 세포를 말하며, 만능 줄기세포(totipotent stem cells), 전능성(전분화능) 줄기세포(pluripotent stem cells), 다능성(다분화능) 줄기세포(multipotent stem cells)로 분류할 수 있다.Stem cells are cells that have the ability to self-replicate and differentiate into two or more cells, totipotent stem cells, pluripotent stem cells, and c. It can be classified as multipotent stem cells.

만능 줄기세포(totipotent stem cells)는 하나의 완전한 개체로 발생해 나갈 수 있는 만능의 성질을 가진 세포로 난자와 정자의 수정 이후 8세포기까지의 세포가 이러한 성질을 가지며 이 세포를 분리하여 자궁에 이식하면 하나의 완전한 개체로 발생해 나갈 수 있다. 전분화능 줄기세포(pluripotent stem cells)는 외배엽, 중배엽, 내배엽층 유래의 다양한 세포와 조직으로 발생할 수 있는 세포로서, 수정 4-5일 후 나타나는 배반포(blastocyst)의 안쪽에 위치한 내세포괴(inner cell mass)에서 유래하며, 이를 배아 줄기세포라 하며 다양한 다른 조직 세포로 분화되지만 새로운 생명체를 형성하지는 못한다. 다능성(다능성) 줄기세포(multipotent stem cells)는 이 세포가 포함되어 있는 조직 및 기관을 형성하는 특이적인 세포로만 분화할 수 있는 줄기세포이다.Pluripotent stem cells are pluripotent cells that can develop into a complete individual. Cells up to the eighth cell after fertilization of eggs and sperm have this property. Transplantation can result in one complete individual. Pluripotent stem cells are cells that can develop into a variety of cells and tissues derived from ectoderm, mesoderm, and endodermal layer. The inner cell mass located inside the blastocyst after 4-5 days of fertilization. It is called embryonic stem cells and differentiates into a variety of other tissue cells but does not form new life. Pluripotent (multipotent) stem cells are stem cells that can only differentiate into specific cells that form the tissues and organs that contain them.

다능성 줄기세포는 성체 골수에서 최초로 분리되었고 (Jiang, Y. et al., Nature, 418:41, 2002), 그 후 다른 여러 성체 조직에서도 확인되었다 (Verfaillie, C.M. et al , Trends Cell Biol ., 12:502, 2002). 다시 말해, 골수는 가장 널리 알려진 줄기세포의 소스이지만, 다능성 줄기세포는 피부, 혈관, 근육 및 뇌로부터도 확인되었다 (Toma, J.G. et al ., Nat . Cell Biol., 3:778, 2001; Sampaolesi, M. et al., Science, 301:487, 2003; Jiang, Y. et al ., Exp . Hematol., 30:896, 2002). 그러나, 골수와 같은 성체 조직내의 줄기세포는 매우 드물게 존재하고, 이러한 세포들은 분화유도 하지 않고 배양하기 어려워서, 특이적으로 스크린된 배지들이 없으면 그 세포들을 배양하기 어렵다. 즉, 줄기세포들을 분리하여 체외에서 보존하기가 매우 어렵다는 단점이 있다.Pluripotent stem cells were first isolated from adult bone marrow (Jiang, Y. et. al ., Nature , 418: 41, 2002), and have since been identified in several other adult tissues (Verfaillie, CM et. al , Trends Cell Biol . , 12: 502, 2002). In other words, bone marrow is the most widely known source of stem cells, but pluripotent stem cells have also been identified from skin, blood vessels, muscles and brain (Toma, JG et al ., Nat . Cell Biol ., 3: 778, 2001; Sampaolesi, M. et al., Science , 301: 487, 2003; Jiang, Y. et al ., Exp . Hematol. , 30: 896, 2002). However, stem cells in adult tissues such as bone marrow are very rare, and these cells are difficult to culture without induction of differentiation, making them difficult to culture without specifically screened media. In other words, it is very difficult to separate stem cells and preserve them in vitro.

제대혈은 최근에 많은 양의 줄기세포를 가지고 있는 것으로 알려지면서 연구가 활발히 이루어지고 있다. 제대혈이 조혈모세포의 풍부한 원천으로 알려진 이후, 임상적으로 제대혈 이식을 통해 혈액 관련 질환을 치료하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있으며, 자가이식 치료를 위하여 제대혈을 냉동시켜 수년 후 사용가능한 상태로 보존하는 제대혈 은행이 국내에서도 활성화되고 있다. 제대혈은 골수와는 달리 분만 과정에서 버려지는 제대(Umbilical cord)에서 간단한 시술을 통해 얻을 수 있으며, 그 양에 비해 수많은 조혈모세포 및 줄기세포를 포함하고 있다. Umbilical cord blood has recently been reported to have a large amount of stem cells, and research is being actively conducted. Since cord blood is known to be a rich source of hematopoietic stem cells, many clinical trials have been attempted to treat blood-related diseases through cord blood transplantation. Banks are also active in Korea. Umbilical cord blood, unlike the bone marrow, can be obtained through a simple procedure in the umbilical cord (Umbilical cord) that is discarded during the delivery process, and contains a large number of hematopoietic stem cells and stem cells compared to the amount.

말초 혈액 이식과 비교하여, 인간 제대혈 이식은 소아 및 성인 환자들 치료에 훨씬 희망적인 방법이다 왜냐하면, 빠른 유용성(rapid availability), 전염병 전이의 적은 위험, 이식편대숙주(graft-versus-host) 병의 적은 위험 때문이다. 제대혈 이식은 지금까지 잘 연구되어 왔고, 조혈 기능이상과 관련한 질병의 치료에 이용되고 있다. Compared with peripheral blood transplantation, human cord blood transplantation is a much more promising method for treating pediatric and adult patients because of rapid availability, low risk of infectious disease transmission, and graft-versus-host disease. Because of the less risk. Umbilical cord blood transplantation has been well studied so far and is used for the treatment of diseases related to hematopoietic dysfunction.

McGuckin 등은 제대혈의 비조혈 세포 군집(CD45-)으로부터 SSEA-3+, SSEA-4+ 및 Oct4+ 배아줄기세포 유사세포를 분리하였다 [McGuckin, C.P. et al ., Cell Proliferation 38, 245-255, 2005]. 최근에, Yong Zhao 등은 SSEA-3 및SSEA-4뿐만 아니라 전사인자 Oct4 및 나노그(Nanog)와 함께, 배아줄기세포 특이적 분자 마커의 발현을 포함하는 배아줄기세포-유사 특성을 나타내는 인간 제대혈에 대한 줄기세포의 군집을 획득하였다 [Zhao, Y. et al., Experimental Cell Research , 312:2454-2464, 2006]. 그리고, Polesskaya 등은 내재하는 CD45 양성세포의 동원(mobilization)은, 일단 그들이 Wnt 경로(pathway)에 의해 활성화되면, 손상(injury) 후의 재생에 있어서 중요한 요소임을 제시하였다[Polesskaya, A. et al., Cell , 113:841-852, 2003]. Yeh S.P 등 역시 다양한 수준에서 골수 유래 중간엽 줄기세포에 의해 CD45가 발현된다고 보고하였다 [Yeh, S.P., et al ., Leukemia, 19:1505-1507, 2005]. 이러한 모든 증거들은 CD45가 혈액-리니지 세포의 마커일 뿐만 아니라, 줄기세포에서 발현되는 것을 시사한다. McGuckin et al. Isolated SSEA-3 +, SSEA-4 + and Oct4 + embryonic stem cell-like cells from non-hematopoietic cell populations of cord blood (CD45-) [McGuckin, CP et. al ., Cell Proliferation 38, 245-255, 2005]. Recently, Yong Zhao et al. Have described human cord blood that exhibits embryonic stem cell-like properties, including expression of embryonic stem cell specific molecular markers, along with SSEA-3 and SSEA-4 as well as the transcription factors Oct4 and Nanog. A cluster of stem cells for was obtained [Zhao, Y. et al ., Experimental Cell Research , 312: 2454-2464, 2006]. Polesskaya et al. Suggested that mobilization of intrinsic CD45 positive cells is an important factor in regeneration after injury once they are activated by the Wnt pathway [Polesskaya, A. et al. , Cell , 113: 841-852, 2003]. Yeh SP and others also reported that CD45 is expressed by bone marrow-derived mesenchymal stem cells at various levels [Yeh, SP, et. al ., Leukemia, 19: 1505-1507, 2005]. All these evidences suggest that CD45 is not only a marker of blood-lineage cells but also is expressed in stem cells.

생체밖에서(in vitro) 다른 종류의 줄기세포뿐만 아니라 배아줄기세포로부터 인슐린 생산 세포로의 분화는 잘 연구되어 있다. 네스틴 발현 세포의 선택 후 베타세포 분화를 유도하는 대부분의 프로토콜에도 불구하고, Przemyslaw 등은 네스틴 양성세포 선택 없는 새로운 프로토콜을 개발하였다 [Przemyslaw B. et al ., Int. J. Dev . Biol ., 48:1095-1104, 2004]. 본 발명의 세포 콜로니는 특정 배아줄기세포(ESC) 특성을 나타내기때문에, 그들을 베타세포 분화로 유도하기 위하여 유사한 프로토콜을 적용하였다. 고농도 포도당 조건(high glucose condition)의 활성이 없으면 인슐린 또는 C-펩타이드는 검출되지 않았다. Yong Zhao 등은 인간 제대혈 유래 줄기세포는 당뇨병에 걸린 STZ 마우스 모델에서 치료적인 혈당 효과를 생성할 수 있음을 증명하였다 [Zhao Y et al ., Cell Research , 312:2454-2464, 2006]. 인슐린 생산 췌장세포-유사구조로의 생체외 분화는 제대혈 유래 세포의 줄기세포 특성을 입증하는 새로운 증거를 제공한다.Differentiation from embryonic stem cells to insulin producing cells as well as other types of stem cells in vitro is well studied. Despite the majority of protocols that induce beta cell differentiation following the selection of nestin expressing cells, Przemyslaw et al. Developed a new protocol without nestin positive cell selection [Przemyslaw B. et. al . , Int. J. Dev . Biol ., 48: 1095-1104, 2004]. Since the cell colonies of the present invention exhibit certain embryonic stem cell (ESC) properties, similar protocols have been applied to induce them into beta cell differentiation. No insulin or C-peptide was detected without high glucose conditions of activity. Yong Zhao et al. Demonstrated that human umbilical cord blood-derived stem cells can produce therapeutic glycemic effects in STZ mouse models with diabetes [Zhao Y et et al. al . , Cell Research , 312: 2454-2464, 2006]. In vitro differentiation into insulin producing pancreatic cell-like structures provides new evidence to demonstrate stem cell properties of cord blood derived cells.

한편, 당뇨병(Diabetic mellitus; DM)은 많은 나라에서 높은 질병률 및 사망률을 가져오는 질환 중의 하나로서, 인슐린 분지 췌장 세포의 파괴에 의한 절대적 인슐린 결핍에 따른 타입1 당뇨병과 감소된 인슐린 민감성(sensitivity)에 의한 상대적 인슐린 결핍에 따른 타입2 당뇨병이 있다. 최근에, 당뇨병, 특히 타입1 당뇨병에 대한 세포 대체 치료요법이 많은 주목을 받아왔다. 그러나, 췌장 베타세포의 이식이 많은 환자들로 하여금 외인성(exogenous) 인슐린 주입으로부터 벗어나게 해 줄 수 있지만, 장기 기증자도 충분하지 않고 환자도 항거부 치료법(anti-rejection therapies)의 위험을 감수해야했다 [Lewis E.C. et al ., Cytokine , 34:106-113, 2006].Diabetes mellitus (DM), on the other hand, is a disease that causes high morbidity and mortality in many countries and is associated with type 1 diabetes and reduced insulin sensitivity due to absolute insulin deficiency caused by the destruction of insulin-branched pancreatic cells. Type 2 diabetes due to relative insulin deficiency. Recently, cell replacement therapy for diabetes, especially Type 1 diabetes, has received much attention. However, transplantation of pancreatic beta cells can free many patients from exogenous insulin infusion, but there are not enough organ donors and patients have to risk anti-rejection therapies [ Lewis EC et al . , Cytokine , 34: 106-113, 2006].

오늘날, 줄기세포 치료요법을 통하여 당뇨병을 치료하기 위한 대체적인 수단을 찾기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. 줄기세포는 자기 재생 능력을 가지고, 많은 종류의 리니지(lineage) 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지는 세포의 그룹이다. 배아 줄기세포(ESCs), 골수 유래 중간엽 줄기세포 및 췌장 줄기세포를 포함하여 많은 종류의 줄기세포의 인슐린-생산 췌장 베타 세포로 분화와 관련하여 다수의 보고가 있어왔다. 그들 대부분의 방법들이 네스틴(nestin)선택에 기초한 다단계(multi-step) 프로토콜을 통하여 수행된다. 줄기세포는 과혈당 조건을 바로잡기 위해 인슐린 생산 세포로의 분화 전 또는 후에 환자에게 이식된다.Today, much effort is being made to find alternative means of treating diabetes through stem cell therapy. Stem cells are a group of cells that have self-renewal ability and are capable of differentiating into many kinds of lineage cells. Many reports have been made regarding the differentiation of many types of stem cells into insulin-producing pancreatic beta cells, including embryonic stem cells (ESCs), bone marrow-derived mesenchymal stem cells and pancreatic stem cells. Most of these methods are carried out via a multi-step protocol based on nestin selection. Stem cells are transplanted into patients before or after differentiation into insulin producing cells to correct hyperglycemic conditions.

배아 줄기세포는 어떠한 종류의 리니지 세포로도 분화할 수 있다고 여겨지고 있으나, 윤리적 한계와 제한된 소스가 태아줄기세포에 대한 연구의 장애가 되고 있다. 또한, 배아 줄기세포에 의하여 인슐린 생산 세포를 제조할 수 있지만, 동물로의 이식 후에 기형 형성의 사례도 보고되고 있다. 골수 중간엽 줄기세포 및 췌장 줄기세포와 같은 성체 줄기세포는 그들 고유의 한계로서 높은 면역성을 가진다. 태아 줄기세포, 특히 제대혈 줄기세포는 그들의 낮은 면역성 및 상대적으로 소스 획득이 용이하는 점때문에, 주로 임상에서 줄기세포 치료요법의 수단으로서 장점을 가진다.Embryonic stem cells are thought to be able to differentiate into any kind of lineage cells, but ethical limitations and limited sources have hampered research on fetal stem cells. In addition, although insulin producing cells can be produced by embryonic stem cells, cases of malformation have been reported after transplantation into animals. Adult stem cells such as bone marrow mesenchymal stem cells and pancreatic stem cells have high immunity as their inherent limitations. Fetal stem cells, particularly cord blood stem cells, have advantages as a means of stem cell therapy primarily in the clinic because of their low immunity and relatively easy source acquisition.

단지 소수의 논문이 인간 제대혈(UCB) 줄기세포의 임상적 적용에 대하여 보고하고 있을 뿐이다. 그러나, 본 발명자들의 앞선 연구에서, UCB 줄기세포를 척수 손상 및 버거씨병(Buerger's Disease)을 앓고 있는 환자에서 적용하였다. Shuro Yoshida 등은 성숙 T 및 B 세포가 적고 NK(natural killer)세포의 극히 낮은 활성을 보여주는 NOD/SCID/2mnull 마우스에서 UCB-유래 줄기세포가 인슐린 생산 세포를 생성시킬 수 있다는 것을 성공적으로 입증하였다 [Yoshida S. et al ., Stem Cells, 23;1409-1416, 2005]. 이식 준비된 체도세포의 세계적 부족과 결부하여, 타입I 당뇨병에 대하여 췌도세포 이식에 기초한 치료요법의 성공은 췌도세포 대체 조직의 새로운 소스를 개발하는 노력에 자극이 되어왔다. 여러 연구에서 성공적으로 태아줄기세포(ESCs)는 인슐린을 생산하는 췌도세포 유사 구조로 유도되었다. 그러나, ESC의 소스는 윤리적 기술적 염려가 존재한다. Only a few papers report on the clinical application of human umbilical cord blood (UCB) stem cells. However, in our previous study, UCB stem cells were applied in patients suffering from spinal cord injury and Burger's Disease. Shuro Yoshida et al. Have successfully demonstrated that UCB-derived stem cells can produce insulin-producing cells in NOD / SCID / 2 m null mice with fewer mature T and B cells and showing extremely low activity of natural killer (NK) cells. Yoshida S. et al . , Stem Cells, 23; 1409-1416, 2005]. Coupled with the global shortage of transplant-prepared somatic cells, the success of therapy based on islet cell transplantation for type I diabetes has been a stimulus to efforts to develop new sources of islet cell replacement tissue. In several studies, fetal stem cells (ESCs) have been successfully induced into pancreatic islet-like structures that produce insulin. However, there are ethical and technical concerns with ESC's source.

Tai 등은 췌장 줄기세포를 포함한 다수의 인간 성체 줄기세포에서 Oct4 유전자가 발현한다는 것을 보여주었다 [Tai, M.H. et al ., Pancreas , 26:e18-e26, 2003]. 최근에 인간 제대혈로부터 유래된 줄기세포가 배아줄기세포의 일부 특성을 공유하고 있다는 몇몇의 보고가 있었다 [McGuckin C. P et al, Cell Proliferation, 38;245-255, 2005; Zhao Y et al., Experiment Cell Research , 312:2454-2464, 2006]. 또한, 성체 줄기세포를 췌장 베타세포로 분화시키는 방법에 대하여, 배아줄기세포를 이용하는 방법(KR10-2004-0068197)이나, 성체줄기세포를 이용하되 nestin-positive cell을 사용한 경우(US 20050054102)이 알려져 있고, 세포 융합, 즉 fusion-dependent 및 fusion-independent 메커니즘 모두를 사용하여 인간 제대혈 유래 세포로부터 인슐린 생산 세포를 만드는 방법이 보고되어 있는 실 정이다[Yoshide S. at al ., Stem Cells , 23:1409-1416, 2005] 본 발명자들은 좀 더 용이한 방법으로 성체 줄기세포를 췌장 베타세포로 분화시키는 방법을 찾고자 하였고, 현재까지 배아 줄기세포를 인슐린 생산 세포 구조로 유도할 수 있는지에 대한 많은 연구가 있어왔기 때문에, 본 발명자들은 그러한 과정을 제대혈로부터 유래된 줄기세포에 적용할 수 있을지에 대하여 의문을 가졌다. Tai et al. Demonstrated that Oct4 genes are expressed in a number of human adult stem cells, including pancreatic stem cells [Tai, MH et. al ., Pancreas , 26: e18-e26, 2003]. Recently there have been several reports that stem cells derived from human umbilical cord blood share some characteristics of embryonic stem cells [McGuckin C. P et. al , Cell Proliferation, 38; 245-255, 2005; Zhao Y et al ., Experiment Cell Research , 312: 2454-2464, 2006]. In addition, a method of differentiating adult stem cells into pancreatic beta cells is known using embryonic stem cells (KR10-2004-0068197), or using adult stem cells but using nestin-positive cells (US 20050054102). In addition, there have been reports of methods for making insulin-producing cells from human umbilical cord blood-derived cells using both cell fusion, fusion-dependent and fusion-independent mechanisms [Yoshide S. at al . , Stem Cells , 23: 1409-1416, 2005] The present inventors have tried to find a way to differentiate adult stem cells into pancreatic beta cells in an easier way, and to this day whether embryonic stem cells can be induced into insulin producing cell structure. Since much research has been conducted, the inventors have questioned whether such a process can be applied to stem cells derived from cord blood.

이에 본 발명자들은, 배아줄기세포-유사 인간 제대혈-유래 줄기세포를 수득한 후, 배아 줄기세포를 췌장 베타 세포로 유도시키는 것으로 보고된 프로토콜을 변경시켜서 네스틴 양성세포의 선택없는 프로토콜을 착안하고, 이를 배지로 이용하여 인간 조직-유래 줄기세포를 인슐린 생산 세포 구조로 분화시킬 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors thus conceived an unselected protocol of nestin-positive cells by obtaining an embryonic stem cell-like human umbilical cord blood-derived stem cell and then altering a protocol reported to induce embryonic stem cells into pancreatic beta cells, Using this as a medium, it was confirmed that human tissue-derived stem cells can be differentiated into insulin-producing cell structures, thereby completing the present invention.

본 발명의 주된 목적은 인간 조직 유래 성체 줄기세포를 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화시키는 방법 및 상기 방법에 의해 수득되는 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포를 제공하는데 있다.It is a main object of the present invention to provide a method for differentiating adult stem cells derived from human tissue into insulin-secreting pancreatic beta-like cells and to provide insulin-secreting pancreatic beta-like cells obtained by the method.

본 발명의 다른 목적은 인간 조직 유래 단핵세포를 bFGF, 페니실린, 스트렙토마이신, 글루타민 및 FBS를 함유하는 배지에서 배양시키는 단계를 포함하는, 인간 조직 유래 성체 줄기세포의 제조방법 및 상기 방법에 의해 수득되는 성체 줄기세포를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to prepare a human tissue-derived adult stem cells comprising the step of culturing the human tissue-derived monocytes in a medium containing bFGF, penicillin, streptomycin, glutamine and FBS and obtained by the method To provide adult stem cells.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 인간 조직 유래 성체 줄기세포 또는 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 치료용 세포 치료제를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a cell therapy agent for treating diabetes containing the adult stem cells derived from human tissues or pancreatic beta-like cells secreting insulin as an active ingredient.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인간조직 유래 성체 줄기세포를 네스틴 양성세포가 없는 배지에서 배양하여 상기 성체 줄기세포를 췌장 베타 유사세포로 분화시키는 방법 및 상기 방법에 의해 수득한 췌장 베타 유사세포를 제공한다. 상기 췌장 베타 유사세포는 인슐린 및 C-펩타이드는 발현되고 Oct4는 발현되지 않는 특성을 나타낸다.In order to achieve the above object, the present invention is a method for differentiating adult stem cells into pancreatic beta-like cells by culturing adult stem cells derived from human tissues in a medium without nestin positive cells and pancreatic beta obtained by the method. Provide like cells. The pancreatic beta-like cells are characterized in that insulin and C-peptide are expressed but Oct4 is not expressed.

본 발명은 또한, 인간 조직에서 분리한 단핵세포를 bFGF, 페니실린, 스트렙토마이신, 글루타민 및 FBS를 함유하는 배지에서 배양한 다음 회수하는 것을 특징으로 하는, (a) Oct4 및 SSEA4 발현능을 가짐; (b) CD29, CD31, CD44, 및 CD45에 대하여 모두 양성의 면역학적 특성을 나타내고, CD4, CD20, CD34, 및 CD51에 대하여 모두 음성의 면역학적 특성을 나타냄; (c) 플라스틱에 부착되어 성장하며, 둥근형태(round-shape) 또는 선형태(spindle-shape)의 형태학적 특성을 나타냄; (d) 중배엽, 내배엽 및 외배엽 유래 세포로 분화하는 능력을 가짐; 및 (e) 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화되는 특성을 가지는 특성을 나타내는 인간 조직 유래 성체 줄기세포의 제조방법을 제공한다. The present invention is also characterized in that the mononuclear cells isolated from human tissues are cultured in a medium containing bFGF, penicillin, streptomycin, glutamine and FBS, and then recovered, (a) having the ability to express Oct4 and SSEA4; (b) all show positive immunological properties for CD29, CD31, CD44, and CD45, and all show negative immunological properties for CD4, CD20, CD34, and CD51; (c) attached to and grown on plastics, exhibiting morphological properties of round-shape or spindle-shape; (d) has the ability to differentiate into mesoderm, endoderm and ectoderm derived cells; And (e) provides a method for producing adult stem cells derived from human tissue exhibiting the characteristics of differentiating into insulin-secreting pancreatic beta-like cells.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의하여 수득되고, (a) Oct4 및 SSEA4 발현능을 가짐; (b) CD29, CD31, CD44, 및 CD45에 대하여 모두 양성의 면역학적 특성을 나타 내고, CD4, CD20, CD34, 및 CD51에 대하여 모두 음성의 면역학적 특성을 나타냄; (c) 플라스틱에 부착되어 성장하며, 둥근형태(round-shape) 또는 선형태(spindle-shape)의 형태학적 특성을 나타냄; (d) 중배엽, 내배엽 및 외배엽 유래 세포로 분화하는 능력을 가짐; 및 (e) 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화되는 특성을 가지는 인간 조직 유래 성체 줄기세포를 제공한다.The present invention is also obtained by the above method, and (a) has the ability to express Oct4 and SSEA4; (b) all show positive immunological properties for CD29, CD31, CD44, and CD45, and all negative immunological properties for CD4, CD20, CD34, and CD51; (c) attached to and grown on plastics, exhibiting morphological properties of round-shape or spindle-shape; (d) has the ability to differentiate into mesoderm, endoderm and ectoderm derived cells; And (e) human tissue derived adult stem cells having the property of differentiating into insulin secreting pancreatic beta-like cells.

본 발명은 또한, 상기 췌장 베타 유사세포로의 분화능을 가진 인간 조직유래 성체 줄기세포 또는 분화된 췌장 베타 유사세포를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 치료용 세포치료제를 제공한다The present invention also provides a cell therapy agent for treating diabetes containing human tissue-derived adult stem cells or differentiated pancreatic beta-like cells having differentiation ability into the pancreatic beta-like cells as an active ingredient.

특히, 본 발명의 인간조직 유래 성체 줄기세포는 유방, 골수, 제대혈, 혈액, 간장, 피부, 위장관, 태반, 및 자궁 등으로 구성된 군에서 선택된 인간 조직 유래 줄기세포으로부터 선택할 수 있다. 바람직하게는 제대혈 유래 성체 줄기세포를 선택할 수 있다. In particular, the human tissue-derived adult stem cells of the present invention can be selected from human tissue-derived stem cells selected from the group consisting of breast, bone marrow, umbilical cord blood, blood, liver, skin, gastrointestinal tract, placenta, and uterus. Preferably, adult stem cells derived from cord blood may be selected.

1. 용어의 정의1. Definition of terms

본 발명에서 사용된 용어 '줄기세포'는 조직 및 기관의 특수화된 세포를 형성하도록 비제한적으로 재생할 수 있는 마스터 세포를 지칭한다. 줄기세포는 발달가능한 만능성 또는 다능성 세포이다. 줄기세포는 2개의 딸줄기세포, 또는 하나의 딸줄기세포와 하나의 유래('전이(transit)') 세포로 분열될 수 있으며, 이후에 조직의 성숙하고 완전한 형태의 세포로 증식된다.As used herein, the term 'stem cells' refers to master cells that can be regenerated without limitation to form specialized cells of tissues and organs. Stem cells are developable pluripotent or pluripotent cells. Stem cells can divide into two daughter cells, or one daughter cell and one derived ('transit') cell, and then proliferate into mature, fully formed cells of the tissue.

본 발명에서 사용된 용어 '성체 줄기세포'는 발생과정이 진행되어 배아의 각 장기가 형성되는 단계 혹은 성체단계에서 나타나는 줄기세포를 지칭한다. 성체 줄기세포는 그 분화능이 일반적으로 특정 조직을 구성하는 세포로만 한정된다. 이러한 성체줄기세포는 성인이 된 후에도 대부분의 장기에 남아 정상적으로 혹은 병리적으로 발생하는 세포의 손실을 보충하는 역할을 담당한다.The term 'adult stem cells' used in the present invention refers to stem cells that appear during the development or development of each organ of the embryo or adult stage. Adult stem cells are generally limited to cells that make up a specific tissue. These adult stem cells remain in most organs after adulthood and play a role in supplementing the loss of normal or pathological cells.

본 발명에서 사용된 용어 '분화(differentiation)'는 세포가 분열 증식하여 성장하는 동안에 서로 구조나 기능이 특수화하는 현상, 즉 생물의 세포, 조직 등이 각각에게 주어진 일을 수행하기 위하여 형태나 기능이 변해가는 것을 말한다. 일반적으로 비교적 단순한 계(系)가 둘 이상의 질적으로 다른 부분계(部分系)로 분리되는 현상이다. 예를 들면, 개체발생에서 처음에 동질적이었던 알 부분 사이에 머리나 몸통 등의 구별이 생기거나 세포에도 근세포라든가 신경세포 등의 구별이 생기는 것과 같이 처음에 거의 동질이었던 어떤 생물계의 부분 사이에 질적인 차이가 생기는 것, 또는 그 결과로서 질적으로 구별할 수 있는 부역 또는 부분계로 나누어져 있는 상태를 분화라고 한다.As used herein, the term 'differentiation' refers to a phenomenon in which structures or functions are specialized during the division and growth of cells, that is, in the form or function of a cell or tissue of an organism to perform a given task. It means to change. Generally, a relatively simple system is divided into two or more qualitatively different sub systems. For example, qualitatively between parts of a living organism that were almost homogeneous in the first place, such as head or torso distinctions between eggs that were initially homogenous in the development, or cells such as muscle cells or neurons. Phosphorus difference, or as a result, is a state divided into subclasses or subclasses that can be distinguished qualitatively.

본 발명에서 사용된 용어 '세포치료제'는 사람으로부터 분리, 배양 및 특수한 저작을 통해 제조된 세포 및 조직으로 치료, 진단 및 예방 의 목적으로 사용되는 의약품(미국 FDA규정)으로서, 세포 혹은 조직의 기능을 복원시키기 위하여 살아있는 자가, 동종, 또는 이종세포를 체외에서 증식·선별하거나 다른 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품을 지칭한다. 세포치료제는 세포의 분화정도에 따라 크게 체세포치료제, 줄기세포치료제로 분류되며 본 발명은 특히 줄기세포 치료제에 관한 것이다.As used herein, the term 'cell therapeutic agent' is a medicinal product (US FDA regulation) used for the purpose of treatment, diagnosis, and prevention of cells and tissues prepared through isolation, culture, and special chewing from humans, and functions of cells or tissues. Refers to a drug used for the purpose of treatment, diagnosis, and prevention through a series of actions, such as proliferating and selecting living autologous, allogeneic, or heterologous cells in vitro or by altering the biological characteristics of the cells in order to restore them. . Cell therapy agents are largely classified into somatic cell therapy and stem cell therapy according to the degree of differentiation of cells, and the present invention relates in particular to stem cell therapy.

2. 제대혈 유래 줄기세포의 분리 및 정제2. Isolation and Purification of Umbilical Cord Blood-derived Stem Cells

본 발명에서 일 양태로 사용하는 제대혈은 인간에서 태반과 태아를 연결하는 제대정맥으로부터 채취한 혈액으로서 분만 후 태반이 박리되기 전에 채취한다. 제대혈-단핵세포(mononuclear cells, MNCs)는 표준 시험법에 따라 피콜-하이팩(ficoll-hypaque) 밀도구배 원심분리에 의해 단일 분만(parturient)로부터 헤파린 처리된 제대혈로부터 제조되었다 (T.Tondreau et al., Mesenchymal Stem Cells Derived from CD133-Positive Cells in Mobilized Peripheral Blood and Cord Blood: Proliferation, Oct4 Expression, and Plasticity Stem Cells 23:1105, 2005).Umbilical cord blood used as an aspect in the present invention is blood collected from the umbilical vein connecting the placenta and the fetus in humans, and is collected before delivery of the placenta. Umbilical cord blood-monocytes (MNCs) were prepared from heparinized umbilical cord blood from single delivery by ficoll-hypaque density gradient centrifugation according to standard assays (T.Tondreau et al. , Mesenchymal Stem Cells Derived from CD133-Positive Cells in Mobilized Peripheral Blood and Cord Blood: Proliferation, Oct4 Expression, and Plasticity Stem Cells 23: 1105, 2005).

구체적으로, 분만 후 태반이 박리되기 전에 채취한 제대혈을 인산염 완충용액(PBS)과 혼합하여 희석한 후, 희석된 제대혈과 동량의 피콜-하이팩 용액에 중첩시킨다. 이때, 피콜-하이팩 용액은 사용 전에 실온이 되도록 하며, 희석된 제대혈의 부피가 피콜-하이팩 용액 부피의 3배가 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이를 원심분리하여 적혈구층, 단핵세포층 및 혈청층을 분리한다. 파스퇴르 피펫(pasteur piptte) 등을 이용하여 단핵세포층만을 새로운 튜브로 옮기고, PBS 등으로 세척하여 단핵세포층 채취시 혼입된 피콜-하이팩 용액이나 오염된 혈소판을 제거한다. Specifically, the cord blood collected after delivery before separation of the placenta is diluted with phosphate buffer (PBS) and diluted, and then superimposed on the diluted cord blood and the same amount of picol-high pack solution. At this time, it is preferable that the Ficoll-Hippack solution is brought to room temperature before use, and that the volume of diluted cord blood does not exceed three times the volume of the Ficol-Hippack solution. It is centrifuged to separate the erythrocyte layer, monocyte layer and serum layer. Pasteur piptte and the like to transfer the mononuclear cell layer only to a new tube, and washed with PBS, etc. to remove the Ficoll-Hippack solution or contaminated platelets incorporated when collecting the mononuclear cell layer.

본 발명에서 상기 분리한 세포를 배양하기 위하여 사용하는 배지는 동물세포 배양용 배지로서 무기염류, 아미노산, 비타민류 및/또는 보조인자를 포함하는 포유동물 세포요법용 배지로서 동물세포 배양 기술분야에서 동물세포 배양을 위해 통상적으로 사용하는 배지를 사용할 수 있다. 상업적으로 입수가능한 동물세포 배양용 배지로 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium) 등이 있다. The medium used for culturing the isolated cells in the present invention is a medium for animal cell culture as a medium for mammalian cell therapy containing inorganic salts, amino acids, vitamins and / or cofactors as a medium for animal cell culture. Medium commonly used for cell culture can be used. Commercially available medium for culturing animal cells includes DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium).

본 발명에서는 상기 DMEM 배지에 bFGF(basic fibroblast growth factor)[R&D Sytem Minneapolis, MN], 페니실린, 스트렙토마이신, 글루타민(Gibco, grand island, NY) 및 20%의 FBS를 첨가하여 배양시킨다. 이러한 줄기세포는 플라스틱에 부착되어 성장하며, 둥근형태(round-shape) 또는 선형태(spindle-shape)의 형태학적 특성을 나타낸다. In the present invention, the DMEM medium is cultured by adding bFGF (basic fibroblast growth factor) [R & D Sytem Minneapolis, MN], penicillin, streptomycin, glutamine (Gibco, grand island, NY) and 20% FBS. These stem cells adhere to and grow on plastics and exhibit morphological properties of round-shape or spindle-shape.

바람직한 실시 양태에서, 배양된 세포는 당해 분야에 공지된 기법, 예를 들어 밀도 구배 원심분리, 자석 세포분리, 유세포분석기, 또는 다른 세포 분리법을 사용하여, 또는 당해 분야에 공지된 분류 방법을 사용하여 분류된다. In a preferred embodiment, the cultured cells are subjected to techniques known in the art, such as density gradient centrifugation, magnetic cell separation, flow cytometry, or other cell separation methods, or using sorting methods known in the art. Are classified.

일례로, 수득한 줄기세포액으로부터 목적의 표면항원을 발현하고 있는 다능성 줄기세포를 수득하는 방법으로서는 소팅 기능을 가진 플로우 사이토미터를 사용한 FACS 법(Int. Immunol., 10(3):275, 1998), 자기 비즈를 사용하는 방법, 다능성 줄기세포를 특이적으로 인식하는 항체를 사용한 패닝법(J. Immunol., 141(8):2797, 1998) 등이 있다. 또한, 대량의 배양액 등으로부터 다능성 줄기세포를 수득하는 방법으로서는, 세포의 표면에 발현되어 분자(이하, 표면 항원이라 칭함)를 특이적으로 인식하는 항체를 단독 또는 조합하여 이를 칼럼으로서 사용하는 방법이 있다. For example, FACS method using a flow cytometer with a sorting function ( Int. Immunol. , 10 (3): 275, 1998) is a method for obtaining a pluripotent stem cell expressing the surface antigen of interest from the stem cell solution obtained . ), A method using magnetic beads, and a panning method using an antibody that specifically recognizes pluripotent stem cells ( J. Immunol. , 141 (8): 2797, 1998). In addition, as a method for obtaining pluripotent stem cells from a large amount of culture solution or the like, a method in which an antibody that is expressed on the surface of a cell and specifically recognizes a molecule (hereinafter referred to as a surface antigen) is used alone or in combination and used as a column. There is this.

플로우 사이토미터 소팅 방식으로서는, 수적하전 방식, 셀캡쳐 방식 등을 들 수 있다. 한 실시양태에서, 세포 표면 표지-특이적 항체 또는 리간드는 분명한 형광 라벨로 표지된다. 세포는 세포 분류기를 통해 처리되어 그들의 사용된 항체에 대한 결합능력에 기초하여 세포가 분리된다. FACS-분류된 입자는 96웰 또는 384웰 플레이트의 개별 웰(well)내에 직접 침착되어 분리 및 클로닝을 촉진시킬 수 있다.Examples of the flow cytometer sorting method include a water charge method, a cell capture method, and the like. In one embodiment, the cell surface label-specific antibody or ligand is labeled with a clear fluorescent label. The cells are processed through a cell sorter to separate the cells based on their ability to bind to the antibodies used. FACS-sorted particles can be deposited directly into individual wells of 96-well or 384-well plates to facilitate separation and cloning.

어떠한 방법으로도 세포의 표면항원을 특이적으로 인식하는 항체를 형광으로 표지하고, 표지된 항체와 항원의 결합체에 대한 형광을 측정하여 형광 강도를 전기 신호로 변환함으로서 세포의 항원 발현량을 정량할 수 있다. 또한, 사용하는 형광물질의 종류를 조합함으로서, 복수의 표면 항원을 발현하고 있는 세포를 분리하는 것도 가능하다. 여기에 사용가능한 형광물질로는, FITC(fluorescein isothiocyanate), PE(phycoerythrin), APC(allo-phycocyanin), TR(TexasRed), Cy3, CyChrome, Red613, Red670, TRI-Color, QuantumRed 등이 있다. By any method, the antibody that specifically recognizes the surface antigen of the cell is labeled with fluorescence, the fluorescence of the conjugate of the labeled antibody and antigen is measured, and the fluorescence intensity is converted into an electrical signal to quantify the antigen expression level of the cell. Can be. In addition, by combining the kinds of fluorescent materials to be used, it is possible to separate cells expressing a plurality of surface antigens. Fluorescent materials usable here include FITC (fluorescein isothiocyanate), PE (phycoerythrin), APC (allo-phycocyanin), TR (TexasRed), Cy3, CyChrome, Red613, Red670, TRI-Color, QuantumRed and the like.

본 발명에서 사용 가능한 하나의 방법인 플로우 사이토미터를 사용한 FACS 법으로서는, 상기에서 수득한 줄기세포용액을 수집하고, 원심분리 등의 방법으로 세포를 분리한 후, 직접 항체로 염색하는 방법과 한번 적당한 배지 중에서 배양, 증식을 실시한 후에 항체를 염색하는 방법을 이용할 수 있다. 세포의 염색은 우선, 표면 항원을 인식하는 일차항체와 목적 세포 샘플을 혼합하고, 얼음 위에서 30분 내지 1시간 인큐베이션한다. 일차 항체가 형광으로 표지되어 있는 경우에는 세정 후 플로우 사이토미터로 분리를 실시한다. 일차 항체가 형광 표지되어 있지 않는 경우에는 세정 후 일차 항체에 대해서 결합 활성을 갖는 형광 표지된 이차 항체 와 일차 항체가 반응한 세포를 혼합하고, 다시 얼음물에서 30분 내지 1시간 인큐베이션한다. 세정 후, 일차 항체와 이차 항체에서 염색된 세포를 플로우 사이토미터로 분리를 실시한다. As a FACS method using a flow cytometer, which is one method that can be used in the present invention, the stem cell solution obtained above is collected, the cells are separated by centrifugation, etc., and then stained directly with an antibody. After culturing and propagating in a medium, the method of staining an antibody can be used. To stain the cells, firstly, the primary antibody recognizing the surface antigen and the desired cell sample are mixed and incubated for 30 minutes to 1 hour on ice. If the primary antibody is labeled with fluorescence, it is separated by a flow cytometer after washing. In the case where the primary antibody is not fluorescently labeled, after washing, the fluorescently labeled secondary antibody having a binding activity to the primary antibody and the cells reacted with the primary antibody are mixed and incubated for 30 minutes to 1 hour in ice water. After washing, the cells stained with the primary antibody and the secondary antibody are separated by flow cytometry.

3. 제대혈 유래 성체 줄기세포의 특성3. Characteristics of Umbilical Cord Stem-Derived Adult Stem Cells

장기간 배양 후 세포들을 표면 CD 시리즈 항원 마커들, 예를 들어 CD4(T cell marker), CD20(B cell marker), CD29(mononuclear cell marker), CD31(endothelial cell and stem cell marker), CD34(hematopoietic stem cell marker), CD44(hematopoietic cell marker), CD45(hematolineage cell marker), CD90(mononuclear stem cell marker), CD105(endothelial cell marker), 및 CD133(hematopoietic stem cell marker)들로 캐릭터라이제이션하여 FACS 분석에 적용할 수 있다.After prolonged incubation, the cells were treated with surface CD series antigen markers such as CD4 (T cell marker), CD20 (B cell marker), CD29 (mononuclear cell marker), CD31 (endothelial cell and stem cell marker), and CD34 (hematopoietic stem). Characterization of cell markers (CTM), hematopoietic cell markers (CD44), hematolineage cell markers (CD45), monouclear stem cell markers (CD90), endothelial cell markers (CD105), and hematopoietic stem cell markers (CD133) for FACS analysis Applicable

본 발명의 방법에 의해 수득된 바람직한 제대혈 유래 줄기세포는 하기 세포 표면 표지의 존재에 의해 규명될 수 있다: CD29, CD31, CD44, 및 CD45에 대하여 모두 양성의 면역학적 특성을 나타내고, CD4, CD20, CD34, 및 CD51에 대하여 모두 음성의 면역학적 특성을 나타낸다. 이러한 세포 표면 표지는 당해 분야에 익히 공지된 방법에 따라, 예를 들어 유세포분석기에 의해 일괄적으로 측정된 후 세척하고, 항-세포 표면 표지 항체로 착색된다.Preferred umbilical cord blood-derived stem cells obtained by the method of the present invention can be characterized by the presence of the following cell surface markers: all show positive immunological properties for CD29, CD31, CD44, and CD45, CD4, CD20, Both CD34, and CD51 show negative immunological properties. Such cell surface labels are measured collectively, for example, by flow cytometry, washed according to methods well known in the art, and stained with anti-cell surface labeled antibodies.

또한, 본 발명의 제대혈 유래 줄기세포는 미분화상태의 세포 마커라고 할 수 있는 Oct4 또는 SSEA4의 마커를 이용하여 확인할 수 있다. Oct4는 줄기세포에서 미 분화상태 표지인자로써 잘 알려져 있고, 기술분야에서는 대한민국특허출원 제10-2004-0105716호 "인간 배아줄기세포에 특이적인 단일클론항체", 대한민국특허출원 제10-2004-0096780호 "포유류 배아 및 줄기세포의 미분화 상태 유지 Oct4 유전자 발현 억제용 이중나선 RNA", 대한민국특허출원 제10-2006-0092128호 "파골세포 기반 적소 유사 구조에 의해 증식능이 증가된 인간 제대혈 유래 다분화능 줄기세포 및 그 제조방법" 등에서 나타난 바와 같이, 미분화상태의 줄기세포임을 입증하기 위한 실험으로 Oct4 발현능 실험을 하는 것이 통상이다. 또한, SSEA4 (Stage Specific Embryonic Antigen 4)가 인간 배아줄기세포의 표면에 존재한다는 것도 당업자에게 이미 알려져있는 사실이다.In addition, the umbilical cord blood-derived stem cells of the present invention can be identified using a marker of Oct4 or SSEA4, which can be said to be an undifferentiated cell marker. Oct4 is well known as an undifferentiated state marker in stem cells, and in the art, Korean Patent Application No. 10-2004-0105716 "monoclonal antibody specific for human embryonic stem cells", Korean Patent Application No. 10-2004-0096780 "Double-stranded RNA for inhibiting Oct4 gene expression", Korean Patent Application No. 10-2006-0092128 "Multiple stem cells derived from human cord blood with increased proliferative capacity by osteoclast-based nitric-like structures As shown in "Cells and Manufacturing Methods", etc., it is common to perform an Oct4 expression test as an experiment for proving that they are stem cells in undifferentiated state. In addition, it is also known to those skilled in the art that SSEA4 (Stage Specific Embryonic Antigen 4) is present on the surface of human embryonic stem cells.

Oct4 및 SSEA4의 발현은 RT-PCR(Reverase Transcriptase-Polymerase Chain Reaction)을 이용한다. RT-PCR의 방법은 당분야에 공지되어 있는 기술이다. RT-PCR은 특정 부위의 RNA를 주형(template)로 하여 이에 상응하는 cDNA를 합성한 다음, 이를 이용하여 PCR 증폭을 시행하는 기술이며, 실험과정은 (1) 역전사효소(reverse transcriptase)를 이용하여 RNA로부터 cDNA를 제조하는 과정과 (2) cDNA를 이용하여 특정부위를 증폭시키는 과정으로 이루어지며 (2)과정은 게놈(genomic) DNA로부터 특정 유전자 부위를 증폭시키는 방법과 같다. 이 방법은 노던 블롯 하이브리다이제이션과 같은 방법을 통해 가능하던 RNA 분석보다 실험방법이 더욱 간단할 뿐만 아니라, 유전자의 염기서열 결정이 가능하기 때문에 주로 mRNA의 염기서열 및 전사량을 연구할 때 크게 도움이 되는 기술이다. Expression of Oct4 and SSEA4 uses RT-PCR (Reverase Transcriptase-Polymerase Chain Reaction). The method of RT-PCR is a technique known in the art. RT-PCR is a technique of synthesizing a corresponding cDNA using a template of RNA of a specific site, and then PCR amplification using the same, the experimental process (1) using reverse transcriptase It consists of preparing cDNA from RNA and (2) amplifying a specific region using cDNA. (2) process is the same as amplifying a specific gene region from genomic DNA. This method is not only simpler than the RNA analysis that was possible through methods such as Northern blot hybridization, but also helps in the study of mRNA sequencing and transcription, since the gene sequence can be determined. This is the technology.

본 발명자가 분리한 성체 줄기세포도 Oct4 및SSEA-4에 양성반응을 나타낸다 (도 1). 즉, 배아 줄기세포의 특성을 보유하고 있는 성체 줄기세포인 것이다.Adult stem cells isolated by the present inventors also showed positive response to Oct4 and SSEA-4 (FIG. 1). In other words, they are adult stem cells that possess the characteristics of embryonic stem cells.

요컨대, 본 발명은 바람직한 일태양으로, 제대혈 유래 혈액에서 분리한 단핵세포를 bFGF, 페니실린, 스트렙토마이신, 글루타민 및 FBS를 함유하는 배지에서 배양한 다음 회수한, (a) Oct4 및 SSEA4 발현능을 가짐; (b) CD29, CD31, CD44, 및 CD45에 대하여 모두 양성의 면역학적 특성을 나타내고, CD4, CD20, CD34, 및 CD51에 대하여 모두 음성의 면역학적 특성을 나타냄; (c) 플라스틱에 부착되어 성장하며, 둥근형태(round-shape) 또는 선형태(spindle-shape)의 형태학적 특성을 나타냄; (d) 중배엽, 내배엽 및 외배엽 유래 세포로 분화하는 능력을 가짐; (e) 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화되는 특성을 가지는 인간 제대혈 유래 성체 줄기세포를 제공한다. In short, the present invention, in a preferred embodiment, the mononuclear cells isolated from the cord blood-derived blood is cultured in a medium containing bFGF, penicillin, streptomycin, glutamine and FBS and then recovered, (a) has the ability to express Oct4 and SSEA4 ; (b) all show positive immunological properties for CD29, CD31, CD44, and CD45, and all show negative immunological properties for CD4, CD20, CD34, and CD51; (c) attached to and grown on plastics, exhibiting morphological properties of round-shape or spindle-shape; (d) has the ability to differentiate into mesoderm, endoderm and ectoderm derived cells; (e) providing human umbilical cord blood-derived adult stem cells having the property of differentiating into insulin-secreting pancreatic beta-like cells.

4. 제대혈 유래 줄기세포의 췌장 베타세포로의 분화능 및 그 이용4. Differentiation of Cord Blood-derived Stem Cells into Pancreatic Beta-cells and Their Use

본 발명에서는, 이미 공지된 배아줄기세포로부터 인슐린 생산 세포로의 분화 방법을 참조하되, 네스틴 양성세포의 선택없이 제대혈 유래 성체 줄기세포를 베타-유사세포로 분화시킨다. 5 내지 7일 후에, 일정 세포가 모여서 췌장 세포 유사구조를 형성한다(도 2). In the present invention, reference is made to known methods of differentiating embryonic stem cells from insulin-producing cells, but the cord blood-derived adult stem cells are differentiated into beta-like cells without selection of nestin positive cells. After 5-7 days, certain cells gather to form a pancreatic cell like structure (FIG. 2).

네스틴은 원래 신경줄기세포의 특이 발현 단백질로 알려져 있고, 발생과정 중 뇌, 신경계에서만 특이 적으로 발현하는 것으로 알려져왔다. 그러나 최근들어, 췌장 및 안구유래의 줄기세포등에서 발현이 되어, 현재는 신경줄기세포 뿐만아니라 특정의 미분화된 세포의 마커로 이용되고 있다.Nestin was originally known as a specific expression protein of neural stem cells, and has been known to express specifically in the brain and nervous system during development. Recently, however, they have been expressed in pancreas and ocular stem cells, and are currently used as markers of specific stem cells as well as neural stem cells.

면역염색 결과 C-펩타이드(도 2A-a; 빨간색) 및 인슐린(도 2A-b; 녹색)이 검출된다. C-펩타이드 및 Oct4의 발현을 알아보기 위하여 웨스턴 블롯 분석을 수행할 수 있다. 본 발명의 췌장 세포 유사 구조는 인슐린 및 C-펩타이드 염색에서 양성 반응을 나타낸다. Immunostaining results in detection of C-peptide (FIGS. 2A-a; red) and insulin (FIGS. 2A-b; green). Western blot analysis can be performed to determine the expression of C-peptide and Oct4. Pancreatic cell-like structures of the present invention show positive response in insulin and C-peptide staining.

분화 배지를 처리하지 않은 제대혈 유래 성체 줄기세포(대조군)에서는 C-펩타이드의 발현은 나타나지 않고 Oct4의 발현은 나타나는데 이러한 대조군과 비교해 볼때, 상기 웨스턴 블롯 분석 결과는 제대혈 유래 성체 줄기세포의 인슐린 생산 세포로의 성공적인 분화를 보여준다. 또한, C-펩타이드 발현은 상기 세포들에서 인슐린이 배지로부터 흡수되어져 나온다는 가능성을 배제시킨다.Umbilical cord blood-derived adult stem cells (control) without treatment of differentiation medium did not show C-peptide expression but Oct4 expression. Compared with these controls, Western blot analysis showed that the insulin-producing cells of cord blood-derived adult stem cells. Shows successful differentiation. In addition, C-peptide expression excludes the possibility that insulin is taken up from the medium in these cells.

C-펩타이드는 췌장 β세포의 인슐린 분비능을 알 수 있는 유용한 지표로서 호르몬 작용이 없으며, 방사면역 측정법으로 측정하여 C-펩타이드 면역반응도(C-peptide immunoreactivity, CRP)로 표현한다. C-펩타이드도 전구인슐린과 교차반응을 보이나 인슐린항체로 인한 간섭을 받지 않으므로 인슐린을 투여 받고 있는 환자에서는 유용한 검사 가운데 하나이다. C-펩타이드의 정상치는 공복시 1~2 ng/dL, 당부하시 4~6 ng/dL 이다C-peptide is a useful indicator to know the insulin secretion ability of pancreatic β cells, has no hormonal action, and is measured by radioimmunoassay and expressed as C-peptide immunoreactivity (CRP). C-peptides also cross-react with proinsulins, but do not interfere with insulin antibodies, which is one of the useful tests in patients receiving insulin. The normal value of C-peptide is 1 to 2 ng / dL on an empty stomach and 4 to 6 ng / dL on sugar

또한, 상기 분화들은 유세포 분석 또는 면역세포화학과 같은 기법을 사용하여 세포 표면 표지(예를 들어 조직-특이적 또는 세포-표지 특이적 항체로 세포를 염색함) 및 형태의 변화를 측정하면서, 광학 현미경 또는 공초점 현미경을 사용하여 세포의 형태를 조사함으로써, 또는 PCR 및 유전자-발현 프로파일과 같은 당해 분야에 익히 공지된 기법을 사용하여 유전자 발현상의 변화를 측정함으로써 확인될 수 있다.The differentiation may also be performed using techniques such as flow cytometry or immunocytochemistry to measure cell surface labeling (e.g., staining cells with tissue-specific or cell-labeling specific antibodies) and morphological changes, Or by examining the morphology of the cells using confocal microscopy, or by measuring changes in gene expression using techniques well known in the art such as PCR and gene-expression profiles.

본 발명의 제대혈 유래 줄기세포는, 줄기세포 또는 유래세포군집의 생착, 이식 또는 주입에 의해 강화, 치료 또는 대체되는 당뇨병의 치료 프로토콜에 사용될 수 있다. 상기 본 발명의 제대혈 유래 줄기세포는 인슐린 생산 세포 조직을 대체 또는 강화시켜, 새롭거나 변화된 조직이 되게 하거나 생물학적 조직 또는 구조와 결합시킬 수 있다. 또한, 전형적으로 배아 줄기세포가 사용되는 당뇨병 치료 프로토콜에서 배아 줄기세포는 본 발명의 제대혈 유래 줄기세포로 대체될 수 있다.Umbilical cord blood-derived stem cells of the present invention can be used in a treatment protocol for diabetes that is enhanced, treated or replaced by engraftment, transplantation or infusion of stem cells or derived cell populations. The umbilical cord blood-derived stem cells of the present invention can replace or enhance insulin-producing cell tissue, resulting in new or changed tissue, or combined with biological tissue or structure. In addition, embryonic stem cells may be replaced with umbilical cord blood derived stem cells of the invention in a diabetes treatment protocol where typically embryonic stem cells are used.

본 발명에서는 제대혈 유래 줄기세포만을 예시적으로 상세히 설명하였으나, 제대혈 유래 줄기세포 대신에 골수, 제대혈, 혈액, 간장, 피부, 위장관, 태반, 및 자궁 등의 다양한 인간조직 유래 성체 줄기세포를 대체하여 사용할 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.In the present invention, only umbilical cord blood-derived stem cells are described in detail by way of example. Instead of umbilical cord blood-derived stem cells, adult stem cells derived from various human tissues such as bone marrow, umbilical cord blood, blood, liver, skin, gastrointestinal tract, placenta, and uterus may be used. It will be apparent to one of ordinary skill in the art.

실시예Example

이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited to these examples.

특히, 하기 설명 및 실시예에서는 제대혈 유래 줄기세포를 사용하고 있으나, 이 밖에도 골수, 제대혈, 혈액, 간장, 피부, 위장관, 태반, 및 자궁 등의 다양한 인간조직 유래 성체 줄기세포를 사용할 수 있다.In particular, the following description and examples use the cord blood-derived stem cells, but can also be used in various human tissue-derived adult stem cells, such as bone marrow, cord blood, blood, liver, skin, gastrointestinal tract, placenta, and uterus.

모든 통계학적 분석은 SPSS 버전 13 소프트웨어(SPSS Inc.;Chicago, IL, USA)를 사용하여 수행하였다.All statistical analyzes were performed using SPSS version 13 software (SPSS Inc .; Chicago, IL, USA).

실시예 1 : 제대혈에서 성체 줄기세포의 분리 및 배양Example 1 Isolation and Culture of Adult Stem Cells from Umbilical Cord Blood

인간제대혈은 보라매 병원 임상시험심사위원회(IRB)에 의해 승인된 산모 동의하에 정상 분만후 즉시 제대정맥으로부터 얻었고, 이 실험은 서울대학교 생명윤리심의위원회에 의해 승인되었다. 제대혈-단핵세포(mononuclear cells, MNCs)는 표준 시험법에 따라 피콜-하이팩(ficoll-hypaque) 밀도구배 원심분리에 의해 단일 분만(parturient)로부터 헤파린 처리된 제대혈로부터 제조되었다.Human umbilical cord blood was obtained from umbilical vein immediately after normal delivery with maternal consent approved by Boramae Hospital Institutional Review Board (IRB), which was approved by the Seoul National University Institutional Review Board. Umbilical cord blood-monocytes (MNCs) were prepared from heparinized umbilical cord blood from single delivery by ficoll-hypaque density gradient centrifugation according to standard assays.

수득한 세포에 10ng/ml의 bFGF(basic fibroblast growth factor)[R&D Sytem Minneapolis, MN], 100U의 페니실린, 1000U의 스트렙토마이신 및 2mM/L 글루타민(Gibco, grand island, NY)이 보충된, 20%의 FBS(Hyclone, Logan, UT) 및 DMEM 완전 배지(Dulbecco's Modified Eagle Medium)를 첨가하고 상기 세포 약 3~5 X 108/ml를 플라스크 75 cm2에 도말하여 3일 동안 배양하였다. 3일 후에 현탁 세포를 새 75플라스크에 옮겼다. 7일 내지 10일 후에, 플라스크 바닥에 부착되어 있는 세포들은 합쳐져서 여러개의 콜로니가 나타났다. 3회 세척한 다음, 부착된 세포들에 트립신 처리(trypsinization)하여 104/mL의 농도에서 새 용기(vessel)내로 계대배양하였다. 배양 후 7일마다, 적절한 양의 세포들이 분석에 사용되었다. The cells obtained were supplemented with 10ng / ml of basic fibroblast growth factor (bFGF) [R & D Sytem Minneapolis, MN], 100U penicillin, 1000U streptomycin and 2mM / L glutamine (Gibco, grand island, NY), 20% FBS (Hyclone, Logan, UT) and DMEM complete medium (Dulbecco's Modified Eagle Medium) were added and about 3-5 × 10 8 / ml of the cells were plated in a flask 75 cm 2 and incubated for 3 days. After 3 days the suspension cells were transferred to a new 75 flask. After 7-10 days, the cells attached to the bottom of the flask merged to reveal several colonies. Three washes were followed by trypsinization to the attached cells and passaged into new vessels at a concentration of 10 4 / mL. Every 7 days after incubation, appropriate amounts of cells were used for analysis.

2주 후에, 일단 집합체(confluence) 및 콜로니(colony)가 형성되면, 세포들을 목적하던 용기 내로 계대배양하였다. 콜로니가 형성되면, 배양물은 면역 염색(immune-staining) 할 준비가 된 것이다. 인슐린 생산 세포를 단리한 경우에, 빽빽히 부착되어 있는 방추 모양 세포들이 떼어지지 않도록, 시간 조절 방식(time-controlled fashion)(3분 또는 5분)으로 바늘 또는 트립신 처리에 의해서 콜로니들을 제거하였다. After two weeks, once confluence and colony had formed, cells were passaged into the desired vessel. Once colonies are formed, the culture is ready for immuno-staining. When isolated insulin producing cells, colonies were removed by needle or trypsin treatment in a time-controlled fashion (3 or 5 minutes) to ensure that tightly attached spindle cells were not detached.

실시예 2: 제대혈 유래 다분화능 성체 줄기세포의 면역학적 특성Example 2: Immunological Characteristics of Umbilical Cord Blood-derived Multipotent Adult Stem Cells

(1) 표면 항원 발현의 유세포분석(Flow cytometry analysis)(1) Flow cytometry analysis of surface antigen expression

분리 후 UCB-유래 콜로니들의 표면 마커를 FACS 항체에 의해 분석하였다. 세포들을, CD4, CD20, CD29, CD34, CD44, CD45, CD90, CD105 및 CD133 항체(모두 Becton-Dickinson, San Jose, CA, USA)와 결합된 형광물질 또는 피코에리스린(phycoerythrin)으로 염색하였다. 염색한 샘플들과 염색하지 않은 대조군 세포들을 각각 유세포분석기(FACS Calibur analyzer)에서 분석하였다. After separation, surface markers of UCB-derived colonies were analyzed by FACS antibodies. Cells were stained with fluorophores or phycoerythrin bound with CD4, CD20, CD29, CD34, CD44, CD45, CD90, CD105 and CD133 antibodies (all of Becton-Dickinson, San Jose, Calif., USA). Stained samples and unstained control cells were analyzed on a FACS Calibur analyzer, respectively.

그 결과, 아래에 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 제대혈 유래 줄기세포는 CD29 (85%), CD45 (78.44%), CD44 (92.09%), 및 CD31(90.53%)에 대하여 모두 양성의 면역학적 특성을 나타내고, CD4, CD20, CD34, 및 CD51에 대하여 모두 음성의 면역학적 특성을 나타냄을 알 수 있었다. As a result, as shown in Table 1 below, the cord blood-derived stem cells of the present invention were positive for CD29 (85%), CD45 (78.44%), CD44 (92.09%), and CD31 (90.53%). It was shown that the immunological properties of the negative, for all CD4, CD20, CD34, and CD51.

Figure 112007005773980-PAT00001
Figure 112007005773980-PAT00001

(2) 면역 조직 화학(2) immunohistochemistry

상기 실시예 1에서 수득된 제대혈 유래 줄기세포를 PBS로 세 번 세척하고, 4% 파라포름 알데히드(paraformaldehyde)을 함유한 PBS로 30분간 고정하였다. PBS로 세 번 세척한 후, 0.1% Triton- X100(Gibco)을 함유한 PBS로 10분간 침투(permeabilization)시킨다. 실온에서 30분 동안 래빗 항-인간 Oct4(Rabbit anti-human Oct4; Santa Cruz Co, USA) 및 마우스 항-인간 SSEA-4(mouse anti-human SSEA-4; Santa Cruz Co, USA)을 일차항체로 사용하였다(1:200). 고트 항-래빗 IgG(goat anti-rabbit IgG;Santa Cruz Co, USA)가 결합된 레드-피코에리스린(Red-Phycoerythrin) 및 고트 항-마우스 IgG가 결합된 형광물질을 이차항체로 사용하였다.Umbilical cord blood-derived stem cells obtained in Example 1 were washed three times with PBS and fixed for 30 minutes with PBS containing 4% paraformaldehyde. After washing three times with PBS, it is permeabilization for 10 minutes with PBS containing 0.1% Triton-X100 (Gibco). Rabbit anti-human Oct4 (Santa Cruz Co, USA) and mouse anti-human SSEA-4 (Santa Cruz Co, USA) as primary antibodies for 30 minutes at room temperature Used (1: 200). Red-Phycoerythrin bound to goat anti-rabbit IgG (Santa Cruz Co, USA) and fluorescent material bound to goth anti-mouse IgG were used as secondary antibodies.

Oct4 및 SSEA4 이중 면역염색 결과, 본 발명의 인간 제대혈 유래 성체 줄기세포는 Oct4 및 SSEA4를 발현한다는 것을 확인하였다(도 1)As a result of Oct4 and SSEA4 double immunostaining, it was confirmed that adult umbilical cord blood-derived adult stem cells of the present invention express Oct4 and SSEA4 (FIG. 1).

실시예 3: 제대혈 유래 줄기세포의 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로의 분화Example 3: Differentiation of Umbilical Cord Blood-derived Stem Cells into Insulin-secreting Pancreatic Beta-like Cells

바늘 또는 트립신 처리에 의해 수득한 콜로니를 인산 완충액(PBS,Gibco)에서 0.1% 트립신(Gibco):0.08%EDTA(sigma, Germany)(1:1)을 1분동안 분리하여 원심분리에 의하여 수득하였다. 베타세포 분화나 FACS 분석을 위하여 수득한 세포들을 사용하였다. 췌장 베타 세포(인슐린생산 세포)로 분화를 위하여, 20nM 프로게스테론(progesterone); 100 M 푸트레신(putrescine); 1 g/mL 라미닌(laminin); 25 g/mL 인슐린(insulin); 30 nM 소듐 세레나이트(selenite); 10 mM 니코틴아미드(nicotinamide,NA) (모두 Sigma); 50 g/mL 트란스페린(transferrin); 5 g/mL 피브로넥틴(fibronectin); B27 배지 보충물(희석 1:50) (모두 Gibco); 및 15% FCS로 보충된 DMEM/F12 (Gibco)를 함유하는 "N2 배지+ NA"내에서 poly-L-ornithine/ laminin-코팅된 조직 배양접시에 다시 플레이트하였다. 24시간 뒤에 배지를 교환하고 세포들을 "N2 배지+ NA"와 거의 동일하고 DMEM/F12 (Gibco)를 고농도의 DMEM(Gibco)로 대체시킨 점만 다른 분화배지에서 배양하였다. Colonies obtained by needle or trypsin treatment were obtained by centrifugation separating 0.1% trypsin (Gibco): 0.08% EDTA (sigma, Germany) (1: 1) in phosphate buffer (PBS, Gibco) for 1 minute. . The cells obtained for beta cell differentiation or FACS analysis were used. For differentiation into pancreatic beta cells (insulin producing cells), 20nM progesterone; 100 M putrescine; 1 g / mL laminin; 25 g / mL insulin; 30 nM sodium serenite; 10 mM nicotinamide (NA) (all Sigma); 50 g / mL transferrin; 5 g / mL fibronectin; B27 medium supplement (diluent 1:50) (both Gibco); And plated again in a poly-L-ornithine / laminin-coated tissue culture dish in "N2 medium + NA" containing DMEM / F12 (Gibco) supplemented with 15% FCS. After 24 hours the medium was exchanged and the cells were cultured in differentiation medium, with the difference that the cells were almost identical to "N2 medium + NA" and that DMEM / F12 (Gibco) was replaced with high concentration of DMEM (Gibco).

배양 5 내지 7일 후에, 배양된 세포를 면역염색한 결과, 일정 세포가 모여서 췌장 세포 구조를 형성함을 확인할 수 있었다(도 2의 c). After 5 to 7 days of culture, as a result of immunostaining the cultured cells, it was confirmed that certain cells gather to form a pancreatic cell structure (FIG. 2C).

실시예 4: 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포의 특성Example 4: Characterization of Insulin Secreting Pancreatic Beta-like Cells

상기 기술한 Oct4 및 SSEA 이중 면역염색(double immunostaining)의 경우(실시예 2)와 같이, 고정(fixation) 및 침투(permeabilization) 후에 인슐린 및 C-펩타이드(peptide)의 이중 면역염색을 위하여, 마우스 항-인간 인슐린(mouse anti-human insulin; abcam, MA, USA; 1:100)을 배양물에 일차항체로서 첨가하였다. 4℃에서 밤새 배양(incubation)한 후, 고트 항-래빗 IgG가 결합된 피코에리스린(PE)(Santa Cruz Co, USA) 및 고트 항-마우스 IgG가 결합된 형광물질을 이차항체로서 첨가하였다. 면역염색 결과 C-펩타이드(도 2의 a; 빨간색) 및 인슐린(도 2의b; 녹색)이 검출되었다. For double immunostaining of insulin and C-peptide after fixation and permeabilization, as in the case of Oct4 and SSEA double immunostaining described above (Example 2), -Mouse anti-human insulin (abcam, MA, USA; 1: 100) was added to the culture as primary antibody. After overnight incubation at 4 ° C., goth anti-rabbit IgG bound phycoerythrin (PE) (Santa Cruz Co, USA) and goth anti-mouse IgG bound fluorescents were added as secondary antibodies. Immunostaining resulted in C-peptide (a; red in FIG. 2) and insulin (b in FIG. 2; green).

또한, C-펩타이드 및 Oct4의 발현을 알아보기 위하여 웨스턴 블롯 분석을 수행하였다. 췌장 베타세포 유사구조를 세포용해(lysis)시키고 고염 완충액[high salt buffer,20 mM HEPES, pH 7.5; 25% glycerol; 0.42 M NaCl; 3 mM MgCl2; 0.2 mM EDTA; 1mM dithiothreitol; protease inhibitor cocktail (Sigma; St. Louis, MO,USA)]에서 단백질을 추출하였다. 단백질을 15% SDS PAGE 겔상에서 분리시키고 니트로셀룰로오스로 옮겼다. C-펩타이드 단백질 및 Oct4 단백질이 마우스 단일클론 항체 및 화학 발광 시약(ECL; Amersham; Piscataway, NJ, USA)으로 검출되었다. In addition, Western blot analysis was performed to determine the expression of C-peptide and Oct4. Pancreatic beta-cell-like structures were lysed and high salt buffer, 20 mM HEPES, pH 7.5; 25% glycerol; 0.42 M NaCl; 3 mM MgCl 2; 0.2 mM EDTA; 1 mM dithiothreitol; protein was extracted from protease inhibitor cocktail (Sigma; St. Louis, MO, USA). Proteins were separated on 15% SDS PAGE gels and transferred to nitrocellulose. C-peptide protein and Oct4 protein were detected with mouse monoclonal antibodies and chemiluminescent reagents (ECL; Amersham; Piscataway, NJ, USA).

본 발명의 췌장 세포 유사 구조는 인슐린 및 C-펩타이드 염색에서 양성 반응을 나타냈지만, 분화 배지를 처리하지 않은 대조군에서는 C-펩타이드의 발현은 나타나지 않고 Oct4의 발현이 나타났다(도 3).The pancreatic cell-like structure of the present invention showed positive response in insulin and C-peptide staining, but in the control group not treated with C-peptide, no expression of Oct4 was observed (FIG. 3).

본 발명은 인간 제대혈로부터 성체 줄기세포를 분리하고, 그 줄기세포가 배아 단계 특이적인 마커인 SSEA-4 및 다능성 줄기세포 마커인 Oct4가 발현하는 사실에 근거하여, 인슐린과 C-펩타이드를 동시 발현하는 인슐린-생산 췌도세포-유사 구조로 유도하는 방법을 제공함으로써 당뇨병에 대한, 인간 제대혈 유래 줄기세포에 기초한 치료법에 매우 유용한 장점을 가진다.The present invention isolates adult stem cells from human umbilical cord blood and co-expresses insulin and C-peptide based on the fact that the stem cells express the embryonic stage specific marker SSEA-4 and the pluripotent stem cell marker Oct4. By providing a method for inducing an insulin-producing pancreatic islet-like structure, it has a very useful advantage in the treatment based on human umbilical cord blood derived stem cells for diabetes.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is obvious to those skilled in the art that such a specific description is only a preferred embodiment, thereby not limiting the scope of the present invention. something to do. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (10)

인간 조직 유래 성체 줄기세포를 네스틴 양성세포가 없는 배지에서 배양하는 것을 특징으로 하는, 성체 줄기세포를 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화시키는 방법.A method for differentiating adult stem cells into insulin-secreting pancreatic beta-like cells, wherein the adult stem cells derived from human tissue are cultured in a medium without nestin positive cells. 제1항에 있어서, 상기 인간조직 유래 성체 줄기세포는, 인간 조직에서 분리한 단핵세포를 bFGF, 페니실린, 스트렙토마이신, 글루타민 및 FBS를 함유하는 배지에서 배양하여 회수하고, 다음과 같은 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법: The method according to claim 1, wherein the adult stem cells derived from human tissue, the mononuclear cells isolated from human tissue are cultured and recovered in a medium containing bFGF, penicillin, streptomycin, glutamine and FBS, and exhibits the following characteristics: How to feature: (a) Oct4 및 SSEA4 발현능을 가짐; (a) has Oct4 and SSEA4 expression ability; (b) CD29, CD31, CD44, 및 CD45에 대하여 모두 양성의 면역학적 특성을 나타내고, CD4, CD20, CD34, 및 CD51에 대하여 모두 음성의 면역학적 특성을 나타냄; (b) all show positive immunological properties for CD29, CD31, CD44, and CD45, and all show negative immunological properties for CD4, CD20, CD34, and CD51; (c) 플라스틱에 부착되어 성장하며, 둥근형태(round-shape) 또는 선형태(spindle-shape)의 형태학적 특성을 나타냄; (c) attached to and grown on plastics, exhibiting morphological properties of round-shape or spindle-shape; (d) 중배엽, 내배엽 및 외배엽 유래 세포로 분화하는 능력을 가짐; 및(d) has the ability to differentiate into mesoderm, endoderm and ectoderm derived cells; And (e) 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화되는 특성을 가짐.(e) has the property of differentiating into insulin-secreting pancreatic beta-like cells. 제1항에 있어서, 상기 인간조직 유래 성체 줄기세포는 유방, 골수, 제대혈, 혈액, 간장, 피부, 위장관, 태반, 및 자궁으로 구성된 군에서 선택된 인간 조직 유래 성체 줄기세포인 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1, wherein the adult stem cells derived from human tissues are human tissue derived adult stem cells selected from the group consisting of breast, bone marrow, umbilical cord blood, blood, liver, skin, gastrointestinal tract, placenta, and uterus. 제3항에 있어서, 상기 인간조직 유래 성체 줄기세포는 제대혈 유래 성체 줄기세포인 것을 특징으로 하는 방법The method of claim 3, wherein the adult stem cells derived from human tissues are adult stem cells derived from umbilical cord blood. 인간 조직에서 분리한 단핵세포를 bFGF, 페니실린, 스트렙토마이신, 글루타민 및 FBS를 함유하는 배지에서 배양한 다음 회수하는 것을 특징으로 하는, 다음과 같은 특성을 나타내는 인간 조직 유래 성체 줄기세포의 제조방법: The method for producing adult stem cells derived from human tissues having the following characteristics, characterized in that the mononuclear cells isolated from human tissues are cultured in a medium containing bFGF, penicillin, streptomycin, glutamine and FBS, and then recovered. (a) Oct4 및 SSEA4 발현능을 가짐; (a) has Oct4 and SSEA4 expression ability; (b) CD29, CD31, CD44, 및 CD45에 대하여 모두 양성의 면역학적 특성을 나타내고, CD4, CD20, CD34, 및 CD51에 대하여 모두 음성의 면역학적 특성을 나타냄; (b) all show positive immunological properties for CD29, CD31, CD44, and CD45, and all show negative immunological properties for CD4, CD20, CD34, and CD51; (c) 플라스틱에 부착되어 성장하며, 둥근형태(round-shape) 또는 선형태(spindle-shape)의 형태학적 특성을 나타냄; (c) attached to and grown on plastics, exhibiting morphological properties of round-shape or spindle-shape; (d) 중배엽, 내배엽 및 외배엽 유래 세포로 분화하는 능력을 가짐; 및(d) has the ability to differentiate into mesoderm, endoderm and ectoderm derived cells; And (e) 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화되는 특성을 가짐.(e) has the property of differentiating into insulin-secreting pancreatic beta-like cells. 제5항에 있어서, 상기 인간 조직 유래 성체 줄기세포는 제대혈 유래인 것을 특징으로 하는 성체 줄기세포.6. The adult stem cell of claim 5, wherein the adult stem cell derived from human tissue is derived from umbilical cord blood. 제5항 또는 제6항의 방법에 의해 수득되고, 다음과 같은 특성을 나타내는 인간 조직 유래 성체 줄기세포: An adult stem cell derived from a human tissue obtained by the method of claim 5 or 6 and having the following characteristics: (a) Oct4 및 SSEA4 발현능을 가짐; (a) has Oct4 and SSEA4 expression ability; (b) CD29, CD31, CD44, 및 CD45에 대하여 모두 양성의 면역학적 특성을 나타내고, CD4, CD20, CD34, 및 CD51에 대하여 모두 음성의 면역학적 특성을 나타냄; (b) all show positive immunological properties for CD29, CD31, CD44, and CD45, and all show negative immunological properties for CD4, CD20, CD34, and CD51; (c) 플라스틱에 부착되어 성장하며, 둥근형태(round-shape) 또는 선형태(spindle-shape)의 형태학적 특성을 나타냄;(c) attached to and grown on plastics, exhibiting morphological properties of round-shape or spindle-shape; (d) 중배엽, 내배엽 및 외배엽 유래 세포로 분화하는 능력을 가짐; 및(d) has the ability to differentiate into mesoderm, endoderm and ectoderm derived cells; And (e) 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화되는 특성을 가짐.(e) has the property of differentiating into insulin-secreting pancreatic beta-like cells. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 분화되고, 인슐린 및 C-펩타이드는 발현되지만 Oct4는 발현되지 않는 특성을 나타내는 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포.An insulin-secreting pancreatic beta-like cell which is differentiated by the method of any one of claims 1 to 4 and exhibits the property of expressing insulin and C-peptide but not Oct4. 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포로 분화되는 특성을 가지는 제7항의 인간 조직 유래 성체 줄기세포를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 치료용 세포 치료제.A cell therapeutic agent for the treatment of diabetes, comprising as an active ingredient human stem cells derived from claim 7 having the characteristics of differentiating into insulin-secreting pancreatic beta-like cells. 제8항의 인슐린 분비 췌장 베타 유사세포를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 치료용 세포치료제. Cell therapy for the treatment of diabetes comprising the insulin-secreting pancreatic beta-like cells of claim 8 as an active ingredient.
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