KR20080094431A - Method for differentiating, culturing and isolating neural progenitor cells from peripheral blood mononuclear cells - Google Patents

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김만호
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정근화
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Abstract

A method is provided to isolate and culture effectively neural progenitor cells, which are hard to be isolated from a human adult, maintained and proliferated, from peripheral blood mononuclear cells and supply a large amount of the neural progenitor cells using the peripheral blood mononuclear cells, thereby utilizing the neural progenitor cells as a means for healing various incurable diseases of central nervous system. A method for isolating, culturing and differentiating neural progenitor cells from peripheral blood mononuclear cells comprises the steps of: (a) harvesting mononuclear cells from peripheral blood of a patient; (b) culturing the obtained mononuclear cells in an EGM culture medium including fetal bovine serum(FBS), fibroblast-derived growth factor(FGF), epidermal growth factor(EGF), vascular endothelial cell-derived growth factor and insulin-like growth factor to age precursor cells; (c) culturing adhesive cells and floating cells obtained from the step(b) in the EGM culture medium including a resulting material of the culture medium; and (d) culturing the cells obtained from the step(c) in the EGM culture medium including the FBS. The method further comprises a step of culturing the cells obtained from the step(d) in a culture medium including retinoic acid, Folskolin, nerve growth factor(NGF), and an antibiotics. A composition for treating central nervous system diseases comprises the neural progenitor cells obtained by the method as an effective ingredient. The central nervous system diseases are one or more selected from spinal cord disease, Parkinson's disease, Alzheimer's disease and brain tumor.

Description

말초 혈액 유래 단핵 세포로부터 신경 전구 세포를 분리, 배양 및 분화하는 방법{Method for differentiating, culturing and isolating neural progenitor cells from peripheral blood mononuclear cells}Methods for differentiating, culturing and isolating neural progenitor cells from peripheral blood mononuclear cells}

도 1은 본 발명에서 제공된 조성물과 방법으로 급성 뇌경색 환자에서 효과적인 자가분열세포를 분리해낸 것을 나타낸 도이다.1 is a diagram showing the separation of effective autologous cells from acute cerebral infarction patients with the compositions and methods provided in the present invention.

도 2는 본 발명에서 제공된 조성물과 방법으로 신경전구세포를 증식, 유지시키는 상태를 나타낸 도이다.Figure 2 is a diagram showing a state of proliferating and maintaining the neural progenitor cells by the composition and method provided in the present invention.

도 3은 분리해낸 세포의 신경세포 관련 유전자 발현양상 및 증식 속도를 나타낸 도이다.Figure 3 is a diagram showing the neuron-related gene expression patterns and proliferation rate of the cells isolated.

도 4는 본 발명에서 제공된 조성물과 방법으로 안정적인 신경세포로의 분화 상태를 나타낸 도이다.Figure 4 is a diagram showing the differentiation state into stable neurons with the compositions and methods provided in the present invention.

도 5는 본 발명에서 제공된 조성물과 방법으로 얻은 신경전구세포를 이식한 쥐에서 신경학적 장애를 회복시킴을 나타낸 도이다.5 is a diagram showing the recovery of neurological disorders in mice transplanted with neuroprogenitor cells obtained by the compositions and methods provided in the present invention.

도 6은 이식된 신경전구세포가 동물 생체 내에서 효과적으로 신경세포로 분화하여 안착할 수 있음을 나타낸 도이다.Figure 6 is a diagram showing that the transplanted neural progenitor cells can be effectively differentiated into the neurons in the animal in vivo and seated.

본 발명은 말초혈액 유래 단핵세포로부터 신경전구세포(neuronal progenitor cells)를 분리하여 배양하는 방법 및 이들을 신경세포로 분화시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for separating and culturing neuronal progenitor cells from peripheral blood-derived mononuclear cells and to differentiate them into neurons.

줄기세포는 분화능(differentiation potency)과 생성시기에 따라 크게 배아줄기세포(embryonic stem cell; ES cell)와 성체줄기세포(adult stem cell)로 나눌 수 있다. 배아줄기세포는 인체 대부분의 특정 조직의 세포로 분화될 수 있는 잠재력을 가지고 있으나, 배아줄기세포를 얻는 데에는 윤리적인 문제가 따를 뿐만 아니라 이들 세포의 분화능을 생체에 적합하도록 조절하는 것 또한 현재로서 쉽지 않은 일이다. 반면, 성체줄기세포는 발생과정이 진행되어 배아의 각 장기가 형성되는 단계 혹은 성체단계에서 나타나는 줄기세포로서, 그 분화능이 일반적으로 특정 조직을 구성하는 세포로만 한정된다. 이러한 성체 줄기세포는 성인이 된 후에도 대부분의 장기에 남아 정상적으로 혹은 병리적으로 발생하는 세포의 손실을 보충하는 역할을 담당한다.Stem cells can be largely divided into embryonic stem cells (ES cells) and adult stem cells (adult stem cells) according to differentiation potency and production time. Embryonic stem cells have the potential to differentiate into cells of most tissues of the human body, but there are ethical challenges in obtaining embryonic stem cells, and it is also easy to control the differentiation capacity of these cells in vivo. It hasn't happened. Adult stem cells, on the other hand, are stem cells that appear during the development of each organ of the embryo or during adult development, and their differentiation capacity is generally limited to cells that make up specific tissues. These adult stem cells remain in most organs after adulthood and play a role in supplementing the loss of normal or pathological cells.

대표적인 성체 줄기세포에는 조혈모세포(hematopoietic stem cells; HSCs)와 중간엽줄기세포(mesenchymal stem cells; MSCs)가 있다. 조혈모세포는 적혈구, 백혈구, 혈소판 등 주로 혈액 내의 혈구세포로 분화하는 반면, 중간엽 줄기세포는 골모세포(osteoblast), 연골모세포(chondroblast), 지방세포(adipocyte) 및 근육 모세포(myoblast) 등의 세포로 분화하는 것으로 알려져 있다. 최근에 배아줄기세포 혹은 성체 줄기세포의 분리 및 배양방법이 알려지면서 세포치료제의 임상적 적용을 위해 많은 연구가 진행 중이다. 특히, 뇌졸중, 척수손상, 파킨슨씨병, 알쯔하이머 병과 같은 난치성 뇌질환 등에서 손상 받은 신경세포를 세포 대체요법(cell replacement therapy)으로 재생시키고자 하는 연구가 전 임상, 임상 영역에서 활발히 진행 중이다.Representative adult stem cells include hematopoietic stem cells (HSCs) and mesenchymal stem cells (MSCs). Hematopoietic stem cells differentiate mainly into blood cells such as red blood cells, white blood cells, and platelets, while mesenchymal stem cells are cells such as osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, and myoblasts. It is known to differentiate into. Recently, as the method of isolating and culturing embryonic stem cells or adult stem cells is known, many studies are underway for clinical application of cell therapy products. In particular, studies to regenerate damaged neurons by cell replacement therapy in strokes, spinal cord injuries, Parkinson's disease, and intractable brain diseases such as Alzheimer's disease are being actively conducted in all clinical and clinical areas.

신경세포 대체요법을 위해서는 신경전구/줄기세포의 확보가 필수적이다. 그러나, 신경전구세포를 얻을 수 있는 성체 조직은 뇌실 주변 및 해마 등 극히 제한된 영역뿐이다. 최근에 골수로부터 조혈 줄기세포, 중간엽(간엽) 줄기세포, 다분화능 성체전구세포(multipotent adult progenitor cells; MAPCs) 등을 분리하여 신경세포로 변환시키는 시도들이 진행 중이다(Kucia M, et al., Blood Cells Mol Dis 32: 52-57, 2004). 그러나, 골수에 있는 세포는 제한적인 분화능과 증식능력으로 인해 그 응용범위가 한정적일 수밖에 없으며, 골수 유래라는 한계로 인해 세포를 얻기 위한 시술과정이 복잡하고, 채취자에게 고통을 수반하는 등 골수 유래 세포를 얻는데 있어서의 문제점을 내포하고 있다. 또한, 최근 알려진 골수 유래 다분화능 성체전구세포의 경우도 분화능의 측면에서 넓은 사용범위(신경세포, 간세포, 내피세포 등)를 가지고는 있으나, 골수 유래라는 한계점과 더불어 그 분리 및 배양에 대한 반복재현성을 보장할 수 없다는 문제점이 있다(Reyes M, et al., J. Clin. Invest. 109: 337-346, 2002). 또한, 최근에 제대혈은 많은 양의 줄기세포를 가지고 있는 것으로 알려지면서 연구가 활발히 이루어지고 있다. 제대혈이 조혈모세포의 풍부한 원천으로 알려진 이후, 임상적으로 제대혈 이식을 통해 혈액관련 질환을 치료하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있으며, 자가이식 치료를 위하여 제대혈 을 냉동시켜 수년 후 사용가능한 상태로 보존하는 제대혈 은행이 국내에서도 활성화되고 있다. 그러나, 이러한 자원 역시 자가세포이식의 측면에서 보관이 힘들고, 빠른 취득과 대량의 신경세포 획득이 어렵다.For neural cell replacement therapy, it is necessary to secure neural progenitors / stem cells. However, only adult tissues capable of obtaining neural precursor cells are in extremely limited areas such as the periventricle and the hippocampus. Recently, attempts have been made to isolate hematopoietic stem cells, mesenchymal (mesenchymal) stem cells, and multipotent adult progenitor cells (MAPCs) from bone marrow and convert them into neurons (Kucia M, et al., Blood Cells Mol Dis 32: 52-57, 2004). However, due to the limited differentiation and proliferative capacity of the cells in the bone marrow, the scope of application is limited, and due to the limitation of bone marrow origin, the procedure for obtaining the cells is complicated, and the harvester suffers from pain. There is a problem in obtaining a cell. In addition, recently known bone marrow-derived multipotent adult progenitor cells have a wide range of use (neural cells, hepatocytes, endothelial cells, etc.) in terms of differentiation capacity, but with the limitation of bone marrow origin, repeat reproducibility for their isolation and culture. There is a problem that cannot be guaranteed (Reyes M, et al., J. Clin. Invest. 109: 337-346, 2002). In addition, recently, cord blood is known to have a large amount of stem cells, and research is being actively conducted. Since umbilical cord blood is known as a rich source of hematopoietic stem cells, many clinical trials have been made to treat blood-related diseases through umbilical cord blood transplantation, and umbilical cord blood can be stored for use after several years by freezing cord blood for autograft treatment. Banks are also active in Korea. However, these resources are also difficult to store in terms of autologous cell transplantation, and are difficult to obtain quickly and obtain large numbers of neurons.

말초혈액에 혈관줄기세포 및 다양한 조직줄기세포가 순환하고 있다는 연구 결과가 나오면서, 말초 혈액세포를 혈관 재생이나 조직 재생의 수단으로 사용하고자 하는 노력이 진행되고 있다. 말초혈액으로부터 직접 다량의 신경전구세포를 분리하여 배양하는 것에 대해서는 거의 시도된 바가 없으며, 성공적으로 분리 및 배양된 경우에도 그 반복재현성이 매우 낮은 실정이다. 더구나, 정상 성인에서는 이러한 순환(circulating) 줄기세포는 그 양이 너무 적고 쉽게 노화되어 치료목적으로 사용하는데 어려움이 있다. 혈액은 골수나 제대혈과는 달리 간단한 시술을 통해 반복적으로 얻을 수 있으며, 자가세포의 채취가 가능하여 신경전구세포를 분리하여, 증식시키고 뇌질환에서 이식 치료의 자원으로 사용할 수 있다면 그 임상적 파급 효과는 매우 크다고 할 수 있다. 이에 본 발명자들은 세포 대체요법에 유용하게 사용될 수 있는 신경전구세포를 효과적으로 얻을 수 있는 방법을 연구한 결과, 말초혈액으로부터 분리한 단핵 세포로부터 신경전구세포를 분리하여 배양하는 방법과 이들을 실험실 내와 뇌조직에서 신경세포로 분화시킬 수 있는 분화유도 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.As a result of research showing that vascular stem cells and various tissue stem cells circulate in peripheral blood, efforts have been made to use peripheral blood cells as a means of blood vessel regeneration or tissue regeneration. There have been few attempts to isolate and culture large numbers of neural progenitor cells directly from peripheral blood, and even when successfully isolated and cultured, their repeatability is very low. Moreover, in normal adults, these circulating stem cells are too small and easily aging, making them difficult to use for therapeutic purposes. Unlike bone marrow or umbilical cord blood, blood can be obtained repeatedly through simple procedures, and autologous cells can be collected to separate and proliferate neuronal progenitor cells and use them as a resource for transplantation treatment in brain diseases. Can be said to be very large. Therefore, the present inventors have studied a method for effectively obtaining neural progenitor cells that can be usefully used for cell replacement therapy.As a result, the method of separating and culturing neural progenitor cells from mononuclear cells isolated from peripheral blood and these cells in the laboratory and the brain The present invention has been completed by developing a differentiation induction method that can differentiate into tissue neurons.

본 발명의 목적은 말초혈액 유래 단핵 세포로부터 신경전구세포를 효율적으로 분리하여 배양하고 유지하는 방법과 상기의 세포를 신경 세포로 분화 유도하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for efficiently separating, culturing and maintaining neural progenitor cells from peripheral blood-derived mononuclear cells and a method for inducing differentiation of such cells into neurons.

본 발명은 성체에서 자가 신경전구세포 취득의 제한점을 해결하기 위한 것으로, 말초혈액 유래 단핵 세포를 효과적으로 취득함으로써, 재현성 있는 신경전구세포 분리 및 배양 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the limitation of autologous neural progenitor cell acquisition in adults, and to provide a reproducible method for separating and culturing neural progenitor cells by effectively acquiring peripheral blood-derived mononuclear cells.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention

a) 환자의 말초혈액으로부터 단핵구를 수확하는 단계;a) harvesting monocytes from peripheral blood of a patient;

b) 상기 얻어진 단핵구를 우 태아 혈청(fetal bovine serum, FBS), 섬유아세포성장인자(fibroblast-derived growth factor, FGF), 상피세포 성장인자(epidermal growth factor, EGF), 혈관내피성장인자(vascular endothelial cell-derived growth factor), 및 인슐 린형성장인자(insulin-like growth factor)이 포함된 혈관 증식 배지(EGM) 배지에 배양하여 전구세포들을 성숙시키는 1차 배양 단계;b) The obtained monocytes are fetal bovine serum (FBS), fibroblast-derived growth factor (FGF), epidermal growth factor (EGF), vascular endothelial a primary culture step of culturing progenitor cells by culturing in vascular growth medium (EGM) medium containing a cell-derived growth factor, and an insulin-like growth factor;

c) 상기 일차 배양 후 얻어진 부착성 세포와 부유성 세포를 단핵구에서 유래한 미세분자를 포함하는 b)단계의 혈관증식배지에서 2차 배양하는 단계; 및c) secondary culture of the adherent cells and the floating cells obtained after the primary culture in the vascular proliferation medium of step b) comprising micromolecules derived from monocytes; And

d) 상기 c)단계에서 배양한 세포를 우태아 혈청(fetal bovine serum, FBS)를 포함하는 b)단계의 혈관증식 배지에서 3차 배양하는 단계를 포함하는 말초혈액으로부터 신경 전구 세포의 분리, 배양 및 분화 방법을 제공한다.d) isolating and culturing neural progenitor cells from peripheral blood comprising the step of tertiary culturing the cells cultured in step c) in an angioproliferation medium of step b) comprising fetal bovine serum (FBS) And differentiation methods.

또한 본 발명의 상기 방법은 d) 단계 후에 얻은 전구 세포를 레티노산(retinoic acid), 폴스콜린(Folskolin), 신경 성장인자(nerve growth factor; NGF), 보조혼합물 및 항생제를 포함하는 상기 3차 배양 배지에서 배양하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 말초혈액으로부터 신경 세포의 분리, 배양 및 분화 방법을 제공한다.In addition, the method of the present invention is the tertiary culture of the progenitor cells obtained after step d) comprising retinoic acid, Folskolin, nerve growth factor (NGF), adjuvant mixture and antibiotics. It provides a method for separating, culturing and differentiating nerve cells from peripheral blood, further comprising culturing in a medium.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 1차 배양 단계의 우태아 혈청의 농도는 0.1∼3%것이 바람직하고, 0.5-2%인 것이 가장 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the concentration of fetal bovine serum in the primary culture step is preferably 0.1 to 3%, most preferably 0.5-2%.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미세분자는 1차 배양과정에서 나오는 2마이크로미터 이하의 세포 부산물, 단백질 및 무기질을 총칭한다.In one embodiment of the present invention, the micromolecules collectively refer to cell by-products, proteins and minerals of 2 micrometers or less from the primary culture.

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차 배양단계의 우태아 혈청의 농도는 5-10%인 것이 바람직하다. In addition, in one embodiment of the present invention, the concentration of fetal calf serum in the tertiary culture step is preferably 5-10%.

또 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보조 혼합물은 N2 서플리멘트(N2 supplement) 또는 B27 서플리멘트(B27 supplement)인것이 바람직하다.In addition, in one embodiment of the present invention, the auxiliary mixture is preferably N2 supplement (N2 supplement) or B27 supplement (B27 supplement).

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 항생제는 페니실린 또는 스트렙토마이신 또는 그들의 혼합물인 것이 바람직하다.In addition, in one embodiment of the present invention, the antibiotic is preferably penicillin or streptomycin or a mixture thereof.

또한 본 발명은 상기의 방법으로 제조된 신경전구세포를 유효성분으로 하는 중추신경계 질환 치료용 조성물을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a composition for treating a central nervous system disease, the neuroprogenitor cells produced by the above method as an active ingredient.

본 발명에 있어서, 상기 질환은 뇌졸중, 척수질환, 파킨슨씨병, 알츠하이머병, 간질, 및 뇌종양으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환인 것을 포함하나 이에 한정되지 아니한다.In the present invention, the disease includes, but is not limited to, one or more diseases selected from the group consisting of stroke, spinal cord disease, Parkinson's disease, Alzheimer's disease, epilepsy, and brain tumors.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 신경전구세포 취득이 용이한 대상자를 선별하는 방법과 말초혈액 유래 단핵세포를 일련의 동물세포 배양용 배지에서 순차적으로 배양하여 신경전구세포를 효과적으로 분리, 배양하는 방법 및 이를 위한 배지 조성물을 제공한다.The present invention provides a method for screening subjects with easy acquisition of neural progenitor cells and a method for effectively separating and culturing neural progenitor cells by culturing peripheral blood-derived mononuclear cells sequentially in a medium for culturing animal cells, and a medium composition therefor. to provide.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 분리된 신경전구/줄기세포를 증식시켜, 유지하는 방법, 신경세포로 분화 유도하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for proliferating and maintaining the neural bulb / stem cells separated by the above method, and inducing differentiation into neurons.

본 발명에서 "1차 배양용 배지"는 무기염류, 아미노산, 비타민류 및/또는 보조인자를 포함하는 포유동물 세포배양용 배지로서 동물세포 배양 기술분야에서 동물세포 배양을 위해 통상적으로 사용되는 배지를 의미하며, 상업적으로 입수가능In the present invention, the "primary culture medium" is a medium for culturing mammalian cells comprising inorganic salts, amino acids, vitamins and / or cofactors, and the medium commonly used for culturing animal cells in the animal cell culture art. Means, commercially available

한 동물세포 배양용 배지로 EBM (Endothelial basal medium)과 저농도 FBS, FGF, EGF, VEGF, IGF-1이 포함된 EGM배지를 사용한다.One animal cell culture medium is EBM (Endothelial basal medium) and EGM medium containing low concentration of FBS, FGF, EGF, VEGF, IGF-1.

본 발명에서 "2차 배양용 배지"는 상기 1차 배양 배지에서 배양된 단핵세포군으로부터 신경전구세포를 효과적으로 분리시키는 배지이다. 2차 배양 배지는 상기 1차 배양 배지의 조성에서 단핵구에서 유래한 미세분자(Microparticle)들이 첨가된 배지를 의미한다.In the present invention, "secondary culture medium" is a medium that effectively separates neural progenitor cells from the mononuclear cell group cultured in the primary culture medium. Secondary culture medium means a medium to which microparticles derived from monocytes are added in the composition of the primary culture medium.

본 발명에서 "3차 배양 배지"는 상기 2차 배양 배지에서 배양된 세포들을 균질한 신경전구세포로 증식시키는 배지이다. 3차 배양 배지는 상기 1차 배양 배지에서 고농도 FBS가 첨가된 배지를 의미한다.In the present invention, "tertiary culture medium" is a medium for proliferating cells cultured in the secondary culture medium to homogeneous neuroprogenitor cells. Tertiary culture medium means a medium to which a high concentration of FBS is added in the primary culture medium.

말초혈액 유래 단핵세포로부터 신경전구세포를 분리하여 배양하는 본 발명의 방법은 말초혈액 유래 단핵세포를 통상적인 동물세포 배양용 배지에 저농도 FBS 및 다양한 성장인자가 첨가된 1차 배양 배지; 상기 1차 배양 배지에 단핵구 유래 미세분자(Microparticle)가 첨가된 2차 배양 배지; 및 상기 1차 배양 배지에서 고농도 FBS가 첨가된 3차 배양 배지에 순차적으로 배양하는 단계를 포함한다.The method of the present invention for separating and culturing neural progenitor cells from peripheral blood-derived mononuclear cells comprises: a primary culture medium in which peripheral blood-derived mononuclear cells are added to a medium for conventional animal cell culture with low concentration of FBS and various growth factors; A secondary culture medium in which monocyte-derived microparticles are added to the primary culture medium; And sequentially culturing the primary culture medium in a tertiary culture medium to which a high concentration of FBS is added.

본 발명에서 "신경전구세포 취득이 용이한 대상"은 말초 혈액단핵구 배양을 통해서 신경전구/줄기세포의 수율이 높은 사람을 의미한다. 말초혈액에서 순환하는 전구/줄기세포의 기원은 골수에 있는 세포일 가능성이 크며, 손상 받은 생체 조직에서 나오는 물질 또는 신호가 이들의 말초혈액 내로의 탈출을 유도하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 급성신경조직의 손상은 골수로부터의 신경전구/줄기세포의 탈출 신호를 항진시킬 것으로 예측되며, 따라서 손상의 정도에 따라서 신경전구세포 취득이 용이한 대상을 선별하여 관리할 수 있다.In the present invention, "a subject easily acquiring neural progenitor cells" means a person having high yield of neural progenitors / stem cells through peripheral blood monocyte culturing. The origin of progenitor / stem cells circulating in peripheral blood is likely to be cells in the bone marrow, and substances or signals from damaged biological tissues are known to induce their escape into peripheral blood. Therefore, the damage of acute nerve tissue is expected to promote the escape signal of the neural progenitor / stem cells from the bone marrow, and thus, the targets that can easily acquire the neural progenitor cells can be selected and managed according to the extent of the injury.

말초혈액으로부터 단핵세포를 분리하기 위해서는 히스토팩 밀도구배 분리법(Histopaque density gradient method)과 같은 공지의 방법을 사용할 수 있다.In order to separate monocytes from peripheral blood, a known method such as a histopack density gradient method can be used.

이와 같이 분리된 단핵 세포는 신경전구/줄기세포의 분리 및 배양에 바로 이용하거나 초저온 냉동시켜 장기간 보관 후 사용할 수 있다. 상기와 같이 분리된 말초혈액 유래 단핵 세포로부터 신경전구세포를 분리하여 배양하기 위해, 단핵 세포를 1차, 2차 및 3차 배양 배지에서 순차적으로 배양한다. 본 발명에서, 배양 배지는 EGM을 기본으로 하고 항생제 및 각 배양 목적에 따라 필요한 성분을 첨가하여 사용할 수 있다. 상기 배지에 첨가될 수 있는 항생제로는 동물세포 배양 기술분야에서 동물세포 배양을 위해 통상적으로 사용되는 항생제이면 어느 것이나 가능하며, 예를 들어 페니실린(penicillin), 스트렙토마이신(streptomycin),카나마이신 (kanamycin), 암피실린(ampicillin) 등과 같은 동물세포 배양용 항생제를 단독으로 또는 혼합하여 첨가할 수 있다.The mononuclear cells thus separated can be used immediately for isolation and culture of neural progenitors / stem cells or can be used after prolonged storage by cryogenic freezing. In order to isolate and culture neuronal progenitor cells from the peripheral blood-derived mononuclear cells separated as described above, mononuclear cells are sequentially cultured in primary, secondary and tertiary culture media. In the present invention, the culture medium is based on EGM and may be used by adding antibiotics and necessary components according to the purpose of each culture. Antibiotics that can be added to the medium may be any antibiotic commonly used for animal cell culture in the animal cell culture art, for example penicillin, streptomycin, kanamycin , Antibiotics for animal cell culture, such as ampicillin, may be added alone or in combination.

1차 배양은 말초혈액 단핵 세포들 중에서 전구세포들을 성숙시키는 단계이다. 1차 배양은 말초혈액으로부터 바로 분리된 신선한 단핵 세포 또는 초저온 냉동보관된 단핵 세포를 해동시킨 후, 2% 젤라틴 코팅되어 있는 6 well plate에 5x106 내지 1x107세포/well (6 well plate)의 농도로 접종하고 1차 배양 배지를 넣고 배양한다. 7일 후에 부착성 세포와 부유성 세포군을 전부 모아서 6 well plate에 새롭게 접종하고, 배지에 녹아있는 미세분자들을 초 원심분리하여 첨가하여 2차 배양 배지를 만든다. 이후 2차 배양 배지를 3-5일에 한 번씩 교체해 주면서 1 내지 2주간 5% 이산화탄소 배양기에서 37℃의 온도로 배양한다. 2차 배양은 말초혈액에 포함된 여러 종류의 단핵 세포들 중에서 신경 전구 세포을 분리하는 단계로, 신경전구세포가 배양 용기의 바닥면에 부착하면서 자라는 다층세포군집을 형성하도록 유도한다 (도 1 참조). Primary culture is the step of maturing progenitor cells among peripheral blood mononuclear cells. Primary cultures were thawed fresh mononuclear cells or cryogenic cryopreserved mononuclear cells directly isolated from peripheral blood, and then concentrations of 5x10 6 to 1x10 7 cells / well (6 well plates) in 6 well plates coated with 2% gelatin. Inoculate with and incubate primary culture medium. After 7 days, all the adherent cells and the floating cell group are collected and newly inoculated in a 6 well plate, and the micromolecules dissolved in the medium are added by ultracentrifugation to make a secondary culture medium. Subsequently, the secondary culture medium is replaced every 3-5 days while incubating at 37 ° C. in a 5% carbon dioxide incubator for 1-2 weeks. Secondary culture is a step of separating neural progenitor cells from a variety of mononuclear cells contained in peripheral blood, inducing neural progenitor cells to form a multicellular cell population that grows while attaching to the bottom of the culture vessel (see FIG. 1). .

1, 2차 배양 단계에서 배지 교환시에는 기존의 배지 상태를 최대한 보존하는 부분 배지 교환 방식을 사용한다. 부유성 세포 혹은 부착성 세포만을 따로 분리하여 배양할 경우에는 신경전구세포 분리 수율이 80% 감소하고, 배지를 전부 버리고 새로운 배지로 갈아주는 전체 배지 교환 방식의 분리 수율은 50% 감소한다. 부분 배지 교환 방식은 배지 교환시 세포 손실이 없도록 최대한 기존의 배양상태를 유지한 상태에서 배양액을 마이크로파이펫으로 조심스럽게 흡인하여 폐기하고 동량의 새로운 배양액을 넣어주도록 한다. When the medium is exchanged in the first and second culture stages, a partial medium exchange method is used to preserve the state of the existing medium as much as possible. When only floating cells or adherent cells are isolated and cultured, the neuroprogenitor cell separation yield is reduced by 80%, and the separation yield of the whole medium exchange method that discards the whole medium and replaces it with a new medium is reduced by 50%. In the partial medium exchange method, the culture medium is carefully aspirated and discarded with a micropipette while maintaining the existing culture state as much as possible so that there is no cell loss during medium exchange.

2차 배양에 의해 다층세포군집의 형성이 관찰되면 배지를 3차 배양 배지로 바꾸어 주는데, 3차 배양 배지는 상기 1차 배양 배지에서 고농도 FBS가 첨가된 것이다. 3차 배양은 상기 2차 배양에 연이어 교체하고 1 내지 2주간 5% 이산화탄소 배양기에서 37℃의 온도로 배양하는데, 이때 3-5일 간격으로 신선한 배지를 공급해 준다. 3차 배양은 배양용기의 바닥면에 부착되지 않은 세포들을 제거하고, 방추형 형태의 세포(spindle-shaped cells)로 구성된 다층세포군집이 신경모세포(Neuroblast-like cells) 형태를 보이는 단층세포군집으로 변형, 증식을 유도하는 단계이다.When the formation of the multilayered cell population is observed by the secondary culture, the medium is changed to the tertiary culture medium, in which the high concentration FBS is added to the primary culture medium. The tertiary culture is replaced after the secondary culture and incubated at a temperature of 37 ° C. in a 5% carbon dioxide incubator for 1-2 weeks, at which time fresh medium is supplied every 3-5 days. Tertiary culturing removes cells that do not adhere to the bottom of the culture vessel, and transforms the multilayered cell population consisting of spindle-shaped cells into a single cell population showing neuroblast-like cells. Inducing proliferation.

3차 배양에 의해 신경모세포 형태를 보이는 단층세포군집을 형성하는 세포들이 80 내지 90% 유착하여 자라면 배지를 제거하고 PBS로 세척한 후 트립신(trypsin/EDTA) 용액을 처리하여 세포를 회수한다. 회수된 세포를 1x104 내지 5x104 세포/cm2의 농도로 3차 배양배지에 접종하여 1 내지 2주간 5% 이산화탄소 배양기에서 37℃의 온도로 배양하고, 3 내지 5일 간격으로 신선한 배지를 공급When the cells forming the mononuclear cell population showing the neuroblast morphology by the third culture grow to 80-90% adhesion, the medium is removed, washed with PBS, and treated with trypsin / EDTA solution to recover the cells. The recovered cells were inoculated in a tertiary culture medium at a concentration of 1 × 10 4 to 5 × 10 4 cells / cm 2 , incubated at 37 ° C. in a 5% carbon dioxide incubator for 1-2 weeks, and supplied with fresh medium at intervals of 3 to 5 days.

하면서 신경전구세포로의 생장 및 증식을 유도한다(도 2 참조).While inducing growth and proliferation into neural progenitor cells (see FIG. 2).

면역형광염색법에 의한 분석에 의하면, 상기 신경전구세포는 신경줄기세포의 표지자인 CD133, Nestin, Vimenin 대한 항체에는 양성반응을, 조혈모세포 및 조혈계통의 항원인 CD34 및 CD31, CD45에 대한 항체에는 음성반응을, 미성숙 신경세포의 표지자인 doublecortin, Tuj-1에 대한 항체에는 양성 및 부분 양성반응을, 혈관세포의 표지자인 VE-cadherin 및 DiI-acLDL, ulex-lectin 염색에는 음성 및 부분 음성반응을 보인다(도 2 참조). 한편, RT-PCR 기법을 이용한 유전자 발현 양상 분 석에서 Nestin, Tuj-1, NF에 대한 강한 발현을 보이고, 혈관줄기세포에서 발현되는 Flt-1, VE-cadherin에 대한 유전자는 전혀 발현되지 않는다(도 3 참조). 즉, 상기 면역표현형 분석 결과로부터, 본 발명의 방법에 따라 말초혈액 유래 단핵세포로부터 분리, 배양된 신경전구세포가 기존에 알려진 혈관줄기세포, 조혈 줄기세포 혹은 중간엽 줄기세포와는 구별되는 다른 세포임을 알 수 있다.According to the immunofluorescence staining method, the neural progenitor cells responded positively to CD133, Nestin, and Vimenin antibodies, which are markers of neural stem cells, and negative to CD34, CD31, and CD45 antigens of hematopoietic stem cells and hematopoietic system. Positive and partial positive responses to doublecortin and Tuj-1, markers of immature neurons, and negative and partial negative responses to VE-cadherin and DiI-acLDL and ulex-lectin stains, respectively. See FIG. 2). On the other hand, gene expression profile analysis using RT-PCR showed strong expression for Nestin, Tuj-1, and NF, and genes for Flt-1 and VE-cadherin expressed in vascular stem cells were not expressed at all ( 3). That is, from the results of the immunophenotyping analysis, the neural progenitor cells isolated and cultured from peripheral blood-derived mononuclear cells according to the method of the present invention are different from the known vascular stem cells, hematopoietic stem cells or mesenchymal stem cells. It can be seen that.

배양된 신경전구세포는 약 3 내지 5일 정도의 배가시간(doubling time)을 보이며, 12주 이상 계속적으로 증식하여 약 104배 이상의 많은 세포를 생성한다(도 3 참조). 더구나, 4주 간격으로 12주간 추적 관찰하였을 때, 12주까지 면역표현형의 변화를 거의 나타내지 않는다. 상기 사실들로부터, 본 발명의 신경전구세포가 장시간의 배양에도 그 특징을 잃지 않고 계속적으로 증식이 가능하여 균질한 많은 세포를 생성하는 전구세포의 전형적인 특징을 보임을 알 수 있다.The cultured neural progenitor cells show a doubling time of about 3 to 5 days, and continue to proliferate for more than 12 weeks to produce about 10 4 times more cells (see FIG. 3). Moreover, when followed for 12 weeks at 4 week intervals, there is little change in immunophenotype until 12 weeks. From the above facts, it can be seen that the neural progenitor cells of the present invention show a typical characteristic of progenitor cells capable of continuously proliferating without losing its characteristics even in prolonged culture to produce many homogeneous cells.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 배양된 신경전구세포를 신경세포로 분화하는 방법 및 이를 위한 배지 조성물을 제공한다. 신경세포(neuron)로 분화시키기 위한 배지는 상기에서 정의된 고농도 FBS가 첨가된 EGM 배지에 레티노산(retinoic acid), 폴스콜린(Folskolin), 신경 성장인자(nerve growth factor; NGF), 보조혼합물 및 동물세포 배양용 항생제를 단독으로 또는 혼합하여 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 상업적으로 입수가능한 보조혼합물로는 N2 서플리멘트(N2 supplement) 또는 B27 서플리멘트(B27 supplement) 등이 있다. 상기 분화유도배지에 신경전구세포를 1x104 내지 5x104세포/cm2의 농도로 접종하여 배양용기에 5% 이 산화탄소, 37℃ 배양기에서 1 내지 2주간 배양한다. 상기와 같이 배양된 세포는 광학현미경(light microscope) 관찰에서 신경세포 돌기가 잘 뻗어져 있는 전형적인 신경세포의 현미경적 특성을 나타내고(도 4 참조), 형광- 또는 면역세포화학염색법(fluorescence- or immunocytochemistry), 웨스턴 블럿팅(western blotting) 및 역전사 중합효소 연쇄반응(reverse transcription polymerase chain reaction; RT-PCR)을 이용한 검사에서 신경세포에서 특이적으로 발현된다고 알려진 에놀레이즈(neuron specific enolase; NSE), 뉴로필라멘트(neurofilament-L; NF), 마이크로튜블 관련 단백질-1(microbutule associated protein-1; MAP-1)의 유전자 및 단백질의 발현을 나타낸다(도 4 참조).The present invention also provides a method for differentiating neuronal progenitor cells cultured by the above method into neurons and a medium composition therefor. The medium for differentiation into neurons includes retinoic acid, Folskolin, nerve growth factor (NGF), co-mixture, and EGM medium with high concentration of FBS as defined above. Antibiotic for animal cell culture may be included alone or in combination. Commercially available auxiliary mixtures that can be used in the present invention include N2 supplement or B27 supplement. The neural progenitor cells were inoculated in the differentiation-inducing medium at a concentration of 1 × 10 4 to 5 × 10 4 cells / cm 2 , and 5% carbon dioxide was cultured in a culture vessel for 1 to 2 weeks in a 37 ° C. incubator. Cells cultured as described above exhibit microscopic characteristics of typical neurons with well-expanded neuronal projections under light microscope observation (see FIG. 4), and fluorescence- or immunocytochemistry. ), Western blotting and reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), which are known to specifically express neurons in neurons (neuron specific enolase (NSE), neurons) The expression of the genes and proteins of filament (Nurofilament-L; NF), microbutule associated protein-1 (MAP-1) is shown (see FIG. 4).

본 발명에서 분리, 배양된 신경전구세포는 뇌경색 손상 모델에서 뇌내 이식 한 경우에 병변으로 이동, 생존, 신경세포로의 분화하여 뇌 기능의 호전을 가져온다. 본 발명에 따라 말초혈액 유래 단핵세포로부터 분리, 배양된 신경전구세포는 뇌졸중, 척수질환, 파킨슨씨병, 알츠하이머병, 간질, 뇌종양 등의 각종 난치성 중추신경계 질환의 치료에 유용하게 사용될 수 있다.In the present invention, the isolated neuronal progenitor cells migrate to the lesion, survive, and differentiate into neurons when transplanted into the brain in a cerebral infarction injury model, thereby improving brain function. Neural progenitor cells isolated and cultured from peripheral blood-derived mononuclear cells according to the present invention can be useful for the treatment of various intractable central nervous system diseases such as stroke, spinal cord disease, Parkinson's disease, Alzheimer's disease, epilepsy, brain tumors.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

[[ 실시예1Example 1 ] 본 발명의 방법과 조성물을 통한 성체의 말초혈액으로부터 자가분열증식 세포의 분리 Isolation of Autologous Proliferation Cells from Peripheral Blood of Adults Using the Methods and Compositions of the Present Invention

(1-1) 대상자 선정(1-1) Target person selection

본 실시예의 실험 대상으로, 고혈압, 고지혈증, 당뇨병, 비만 및 흡연력 등의 병력이 없으며, 가족병력에서 심부전, 협심증, 심근경색증, 고혈압 등과 같은 죽상경화증의 위험요인이 없는 건강한 자원자 20명과 상기 위험인자들 중 하나 이상 가진 위험인자군 20명, 그리고 급성 뇌경색 환자 75명을 포함시켰다. 급성 뇌경색 환자는 처음 진단 받은 환자들이었으며, 증상 발생 후 5-7일에 말초혈액을 채취하였다. 이는 말초혈액에서 CD34 양성세포가 뇌졸중 후 7일까지 지속적으로 증가하고 14일까지 유지되다가 이후 감소하는 이전 실험 결과를 토대로 하였다(Taguchi A et al., Circulation 109: 2972-2975, 2004). 세 군에서 신경전구세포의 분리 수율을 비교하였으며, 신경전구세포의 분리에 영향을 주는 인자들을 검사, 분석하였다. 신경전구세포는 20명의 정상 자원자와 20명의 위험인자 군에서는 분리되지 않았으나, 75명의 뇌졸중 환자 중 33명(44 %)에서 신경전구세포가 분리되었다. 특히, 증상이 심하고, 병변의 크기가 심할수록 더욱 잘 분리되는 경향을 보였다. 이는 실험 대상자 선별 기준이 될 수 있다.20 healthy volunteers with no history of hypertension, hyperlipidemia, diabetes, obesity and smoking history, and no risk factors for atherosclerosis such as heart failure, angina pectoris, myocardial infarction and hypertension in the family history and the risk factors. 20 risk factors with at least one of them, and 75 patients with acute cerebral infarction. Patients with acute cerebral infarction were first diagnosed, and peripheral blood was collected 5-7 days after symptom onset. This was based on previous experiments in which CD34-positive cells in peripheral blood continued to increase up to 7 days after stroke, stayed up to 14 days and then decreased (Taguchi A et al., Circulation 109: 2972-2975, 2004). The isolation yields of neural progenitor cells were compared in the three groups, and factors influencing the isolation of neural progenitor cells were examined and analyzed. Neuroprogenitor cells were not isolated from 20 normal volunteers and 20 risk factors, but neuroprogenitor cells were isolated from 33 of 44 stroke patients (44%). In particular, the more severe the symptoms, the larger the size of the lesions tended to separate better. This may be a subject selection criterion.

(1-2) 분리 방법(1-2) Separation Method

말초혈액은 상완정맥으로부터 50cc를 채취하여 10cc 헤파린 튜브 5개에 수집하였다. 말초혈액으로부터 단핵세포를 분리하기 위하여, 50ml 코니칼 튜브에 24시간 이내의 말초혈액 15cc을 분주한 후 코니칼 튜브의 하단에 Histopaque-1077 15cc을 천천히 중첩시킨 후, 2,000 rpm의 속도로 상온에서 30분간 원심분리하여 하단에 적혈구 층, 중간에 단핵세포 층 및 상단에 혈청 층의 순서로 분리하였다. 이 중, 단핵세포층 만을 파스퇴르 피펫을 이용하여 새로운 튜브로 옮기고 PBS 20cc을 첨가 하여 잘 혼합한 후 2,000 rpm의 속도로 상온에서 10분간 원심분리하여 세척하였다. 그 후 상층액을 제거하고, 단핵세포 침전물에 다시 40cc의 PBS를 처리하여 부유시킨 뒤 단핵세포의 생존도 및 세포수를 측정하여 상온에서 2,000 rpm으로 10분간 원심분리하였다. 상기의 과정을 거쳐 얻은 단핵세포 침전물을 곧바로 기본 배지에 부유시켜 신경전구세포의 분리 및 배양에 사용하거나, 초저온 냉동시켜 보관하였다. 초저온 냉동보관을 위해, 상기의 단핵세포 침전물을 10% DMSO(dimethyl sulfoxide)를 포함하는 자가 혈청에 부유시킨 후 1.8cc 냉동튜브에 2x107 내지 4x107 세포 농도로 분주하였다. 상기 튜브를 오염방지 포장한 후 자동조절 냉동기(program-controlled freezer)에서 -100℃까지 온도를 낮추어 냉동시키고 액체 질소가 들어있는 초저온 냉동보관 탱크에 보존하였다.Peripheral blood was collected from five 10 cc heparin tubes collected from the brachial vein. In order to separate mononuclear cells from peripheral blood, dispense 15cc of peripheral blood within 24 hours into 50ml conical tube, and slowly superimpose Histopaque-1077 15cc on the bottom of conical tube. Centrifugation was performed for a minute to separate the erythrocyte layer at the bottom, the monocyte layer at the middle, and the serum layer at the top. Of these, only the mononuclear cell layer was transferred to a new tube using a Pasteur pipette, mixed well by adding 20 cc of PBS, and washed by centrifugation at room temperature for 10 minutes at a speed of 2,000 rpm. Thereafter, the supernatant was removed, and the mononuclear cell precipitate was further suspended by treatment with 40 cc of PBS, followed by centrifugation at 2,000 rpm for 10 minutes at room temperature after measuring the viability and cell number of monocytes. The mononuclear cell precipitate obtained through the above procedure was immediately suspended in a basal medium for use in isolation and culture of neural progenitor cells, or stored at cryogenic freezing. For cryogenic cryopreservation, the mononuclear cell precipitate was suspended in autologous serum containing 10% dimethyl sulfoxide (DMSO) and then aliquoted at a concentration of 2 × 10 7 to 4 × 10 7 cells in a 1.8 cc freezing tube. The tubes were packaged in anti-contamination and frozen at a temperature lowered to -100 ° C. in a program-controlled freezer and stored in cryogenic freezing tanks containing liquid nitrogen.

초저온 냉동보관된 단핵세포를 사용하는 경우에는, 단핵세포가 적재된 냉동튜브를 37℃ 항온 수조에서 급격하게 해동시킨 후 이를 코니칼 튜브에 옮기고 10배 부피의 10% BSA가 포함된 기본 배지를 처리하였다. 상기 튜브를 상온에서 2,000If cryogenic cryopreserved mononuclear cells are used, the frozen tubes loaded with mononuclear cells are thawed rapidly in a 37 ° C. constant temperature water bath and then transferred to conical tubes and treated with a basal medium containing 10 times the volume of 10% BSA. It was. The tube at room temperature 2,000

rpm의 속도로 10분 동안 원심분리한 후 상층액을 제거하고 얻은 세포 침전물을 이후의 신경전구세포의 분리 및 배양과정에 사용하였다. 6 well plate에 1차 배양배지를 넣은 후 상기와 같이 준비된 단핵세포를 1x107 내지 2x106 세포/well의 농도로 접종하였다. 이때, 1차 배양배지로는 2% 우태아 혈청(fetal bovine serum, FBS), 섬유아세포성장인자(fibroblast-derived growth factor, FGF), 상피세포 성장인자(epidermal growth factor, EGF), 혈관내피성장인자(vascular endothelial cell- derived growth factor), 및 인슐린형성장인자(insulin-like growth factor)가 포함된 상업화된 혈관증식배지(EGM-2;Clonetics, San Diego) 배지를 사용하였다. 이를 5% 이산S화탄소와 37℃ 온도가 유지되는 세포 배양기에 넣어 1주간 배양하였다. 그 후 상기 1차 배양배지에서 미세분자(microparticle)가 첨가된 2차 배양배지로 교체하여 2주간 다시 배양하였고, 다층세포군집 형성이 확인되면 2차 배양배지를 상기 1차 배양배지에서 10% FBS가 포함된 3차 배양배지로 교체하여 2주간 다시 배양하였다. 이때 매일 배양용기의 바닥면에 부착하여 자라는 단층세포군집의 형성 여부를 관찰하였다. 단층세포군집을 형성한 세포들이 80 내지 90% 유착하여 자란 후 단층세포군집을 PBS로 세척한 후 0.25% 트립신/EDTA 용액을 처리하였다. 상기 과정을 거쳐 얻은 세포를 새로운 T25 배양 플라스크에 1x104 내지 5x104세포/cm2 농도로 접종하고 3차 배양배지로 1주간 5% 이산화탄소, 37℃ 배양기에서 배양하였다. 도 1은 상기 방법에 따라 말초혈액 유래 단핵세포로부터 분리, 배양된 신경전구세포를 현미경으로 관찰한 것으로, 신경전구세포는 단핵세포 배양 후 약 13.0 ±3.3 일째에 관찰할 수 있었다.After centrifugation for 10 minutes at rpm, the supernatant was removed and the obtained cell precipitate was used for the subsequent separation and culture of neural progenitor cells. After the primary culture medium in a 6 well plate mononuclear cells prepared as above were inoculated at a concentration of 1x10 7 to 2x10 6 cells / well. At this time, the primary culture medium is 2% fetal bovine serum (FBS), fibroblast-derived growth factor (FGF), epidermal growth factor (EGF), vascular endothelial growth Commercial vascular growth medium (EGM-2; Clonetics, San Diego) medium containing vascular endothelial cell-derived growth factor and insulin-like growth factor was used. This was placed in a cell incubator maintained at 37 ° C. with 5% carbon dioxide and incubated for 1 week. Subsequently, the culture medium was replaced with a secondary culture medium containing microparticles in the primary culture medium and cultured again for 2 weeks. When the formation of the multilayered cell population was confirmed, the secondary culture medium was 10% FBS in the primary culture medium. The culture was replaced with a third culture medium containing 2 weeks again. At this time, the formation of monolayer cell colonies growing on the bottom surface of the culture vessel was observed every day. The cells forming the monolayer cell population were grown by 80-90% adhesion, and then the monolayer cell population was washed with PBS and treated with 0.25% trypsin / EDTA solution. The cells obtained through the above procedure were inoculated in a fresh T25 culture flask at a concentration of 1 × 10 4 to 5 × 10 4 cells / cm 2 and cultured in a 3% culture medium in a 5% carbon dioxide, 37 ° C. incubator for 1 week. 1 is a microscopic observation of neural progenitor cells isolated and cultured from peripheral blood-derived mononuclear cells according to the above method. Neuroprogenitor cells were observed about 13.0 ± 3.3 days after mononuclear cell culture.

<< 실시예Example 2> 말초혈액 유래  2> Peripheral Blood Derivation 단핵세포로부터From monocytes 분리, 배양된 신경전구세포의 특성 분석  Characterization of isolated and cultured neuronal progenitor cells

상기 실시예 1에서 말초혈액 유래 단핵세포로부터 분리, 배양된 신경전구세포의 면역표현형을 분석하기 위하여, 배양된 세포에 0.05% 트립신 용액을 처리하여 배양용기로부터 분리시킨 후 PBS로 2회 세척하였다.In order to analyze the immunophenotype of neuronal progenitor cells isolated and cultured from peripheral blood-derived mononuclear cells in Example 1, the cultured cells were treated with 0.05% trypsin solution, separated from the culture vessel, and washed twice with PBS.

면역세포염색법에 의한 단백질 발현 양상과 RT-PCR을 통한 유전자 발현 양상 에 대한 검사를 진행하였다. 면역표현형 분석을 위하여 Cy3- 또는 FITC-접합된, CD34, CD31, KDR, VE-cadherin, DiI-acLDL 및 Ulex-lectin binding, Nestin, vimentin, Dcx, Tuj-1 항체를 사용하였다. 그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 말초혈액 유래 단핵세포로부터 분리, 배양된 신경전구세포는 CD133, Nestin, vimentin, Dcx, 및 Tuj-1 표지자에 대한 항체에는 양성반응을, CD34, CD31, CD45, KDR, VE-cadherin, DiI-acLDL 및 Ulex-lectin 항원에 대한 항체에는 음성반응을 나타내었다. 또한, 배양된 신경전구세포의 배양시간에 따른 면역표현형의 변화를 관찰하기 위하여, 4주 간격으로 12주까지 배양된 세포를 상기와 동일한 방법으로 각각의 면역표현형을 조사한 결과, 대체로 일정한 면역표현형을 유지하는 것을 확인하였다. 한편, RT-PCR검사에서는 Nestin, β-tubulin III, NF 등 신경세포관련 표지자들의 유전자가 강하게 발현되는 반면, Flt, VE-cadherin, GFAP 등의 유전자 발현은 거의 없었다.Protein expression by immunocytostaining and gene expression by RT-PCR were examined. For immunophenotyping, Cy3- or FITC-conjugated, CD34, CD31, KDR, VE-cadherin, DiI-acLDL and Ulex-lectin binding, Nestin, vimentin, Dcx, Tuj-1 antibodies were used. As a result, as shown in Figure 2, the neural progenitor cells isolated and cultured from peripheral blood-derived mononuclear cells according to the method of the present invention is positive for antibodies to CD133, Nestin, vimentin, Dcx, and Tuj-1 markers Negative responses to antibodies against, CD34, CD31, CD45, KDR, VE-cadherin, DiI-acLDL and Ulex-lectin antigens were shown. In addition, in order to observe the change in the immunophenotype according to the culture time of the cultured neural progenitor cells, each immunophenotype was examined by the same method as described above for cells cultured up to 12 weeks at intervals of 4 weeks. It was confirmed to keep. On the other hand, the RT-PCR test strongly expressed genes of neuronal markers such as Nestin, β-tubulin III, and NF, whereas there was little expression of Flt, VE-cadherin, and GFAP.

<< 실시예Example 3> 말초혈액 유래 신경전구세포의 신경세포로의 분화 3> Differentiation of Peripheral Blood-derived Neuroprogenitor Cells into Neurons

(3-1) 신경세포로의 분화 유도(3-1) Induction of differentiation into neurons

본 발명에 따라 말초혈액 유래 단핵세포로부터 분리, 배양된 신경전구세포가 신경세포로 분화될 수 있는지를 확인하기 위하여, 먼저 실시예 1에서 배양된 신경 전구세포를 1x104 세포/㎠의 농도로 분화유도 배지에 접종한 후 1 내지 2주간 배양하여 신경세포 분화를 유도하였다. 이때, 신경세포 분화유도 배지로 10% FBS, 0.10 μM 레티노산, 10 μM 폴스콜린, 100 ng/mL NGF, B27 supplement 및 100 U/mL 페니실린과 100 ㎍/mL스트렙토마이신이 첨가된 DMEM을 사용하였다. In order to check whether neural progenitor cells isolated and cultured from peripheral blood-derived mononuclear cells according to the present invention can be differentiated into neural cells, first differentiate the neural progenitor cells cultured in Example 1 to a concentration of 1 × 10 4 cells / cm 2. Neuronal differentiation was induced by incubation for 1-2 weeks after inoculation into induction medium. At this time, DMEM added with 10% FBS, 0.10 μM retinoic acid, 10 μM foscholine, 100 ng / mL NGF, B27 supplement, 100 U / mL penicillin and 100 μg / mL streptomycin was used as a neuronal differentiation medium. .

(3-2) 신경세포로의 분화 확인(3-2) Confirmation of Differentiation into Neurons

상기 방법에 따라 배양된 신경전구세포가 신경세포로 분화되었는지를 현미경으로 관찰한 결과, 이들은 분화유도 시간이 지남에 따라 신경돌기를 형성하는 등의 전형적인 신경세포 형태를 갖추고 있었다 (도 3).Microscopic observation of neural progenitor cells cultured according to the method differentiated into neural cells, and they had typical neuronal morphology such as forming neurites over time of differentiation induction (FIG. 3).

또한, 신경세포로 분화유도된 세포가 신경세포의 전형적인 표지자를 발현하는지를 확인하기 위하여 형광- 또는 면역세포화학염색법을 실시하였다. 먼저, 면역세포화학염색법을 실시하기 위하여 세포가 배양된 슬라이드를 4%In addition, fluorescence- or immunocytochemical staining was performed to confirm whether the cells differentiated into neurons express typical markers of neurons. First, 4% of the slides in which the cells were cultured to perform immunocytochemical staining

파라폼알데하이드(pH 7.4)에 담가 10분 동안 고정하고 PBS로 약 5분간 3회 세척하였다. 세척 후 약 30 내지 50 ㎕의 블로킹 용액(blocking solution)을 세포염색면에 적가한 후 37℃에서 약 1시간 동안 반응시켜 비특이적(non-specific) 반응을 차단하고 일차항체(primary antibody)를 37℃에서 약 1 내지 2시간 동안 반응시킨 후 PBS로 약 5분간 3회 세척하였다. 세척 후 이차항체(secondary antibody)를 37℃에서 약 1시간 동안 반응시킨 후 다시 PBS로 약 5분간 3회 세척하였다. 항체반응이 종결되면 저농도에서 고농도의 순차적 에탄올 반응을 이용하여 세포 내의 탈수반응을 유도한 후 자일렌(xylene)으로 치환하고, 폴리마운트(poly-mount) 용액을 이용하여 표본제작(mounting)한 후 관찰하였다. 형광 면역세포화학염색을 위해서는 항체반응 종결 후 90% 글리세롤을 이용하여 표본제작 후 형광현미경으로 관찰하였다. 형광- 또는 면역세포화학염색을 위하여 일차항체로는 NSE (Snata Cruz Biotechnology), MAP-2 (Snata Cruz Biotechnology), NF-L (Snata Cruz Biotechnology), GFAP(Snata Cruz Biotechnology)항체를 사용하였으며, 이차항체로는 Cy3- 또는 FITC-접합된 이차항체(Santa Cruz Biotechnology)를 이용하였다. 그 결과, 본 발명의 신경전구세포로부터 분화유도된 세포가 MAP-2, NF-L, NSE 등의 신경세포 특이적 표지자를 강하게 발현하고 있어 상기의 방법에 따라 신경세포의 분화가 효과적으로 유도되었음을 확인하였다(도 3).It was soaked in paraformaldehyde (pH 7.4) for 10 minutes and washed three times with PBS for about 5 minutes. After washing, about 30-50 μl of blocking solution was added dropwise to the cell stained surface, and then reacted at 37 ° C. for about 1 hour to block non-specific reactions, and the primary antibody was reacted at 37 ° C. After reacting for about 1 to 2 hours at 3 washes with PBS for about 5 minutes. After washing, the secondary antibody was reacted at 37 ° C. for about 1 hour, and then washed three times with PBS for about 5 minutes. When the antibody reaction is terminated, the dehydration reaction is induced in the cell by using a sequential ethanol reaction at low concentration, and then substituted with xylene, and then mounted using a poly-mount solution. Observed. For fluorescent immunocytochemical staining, the sample was prepared using 90% glycerol after the completion of the antibody reaction and observed by fluorescence microscopy. NSE (Snata Cruz Biotechnology), MAP-2 (Snata Cruz Biotechnology), NF-L (Snata Cruz Biotechnology), and GFAP (Snata Cruz Biotechnology) antibodies were used for fluorescence- or immunocytochemical staining. As an antibody, Cy3- or FITC-conjugated secondary antibody (Santa Cruz Biotechnology) was used. As a result, cells induced by differentiation from neural progenitor cells of the present invention strongly expressed neuron specific markers such as MAP-2, NF-L, NSE, etc., and confirmed that the differentiation of neurons was effectively induced by the above method. (FIG. 3).

<< 실시예Example 4> 뇌졸중 동물 모델에서 본 발명으로부터 유래한 세포의 이식 4> Transplantation of Cells Derived from the Invention in Stroke Animal Models

(4-1) 기능의 변화(4-1) Change of function

뇌경색 동물모델에서 뇌손상 후 본 발명의 조성물인 신경전구세포를 이식하였다. 동물모델은 랫트를 사용하여 중뇌대동맥을 90분동안 막았다 푸는 일시적 뇌허혈 모델을 사용하였으며, 이식은 뇌손상 4일 후에 뇌피질에 직접 시행하였다. 신경학적 검사 (Limb placing test)상 2주 후부터 통계적으로 유의한 손상된 기능의 호전이 있었으며, 호전된 양상은 5주까지 지속되었다. 따라서, 본 발명의 조성물은 뇌허혈 손상에 의해 나타난 뇌신경학적 결손을 감소시키는 효과가 있었다고 볼 수 있다.After brain injury in a cerebral infarction animal model, neuronal precursor cells of the present invention were implanted. An animal model was used in rats with a transient cerebral ischemia model that blocked the middle cerebral aorta for 90 minutes. The transplantation was performed directly to the cerebral cortex 4 days after brain injury. There was a statistically significant improvement in impaired function after 2 weeks on the neuroscopic test, and the improvement lasted up to 5 weeks. Therefore, the composition of the present invention can be seen to have the effect of reducing the neurological deficit caused by cerebral ischemic injury.

(4-2) 본 발명으로부터 유래한 신경전구세포의 생체 내 분화 양상(4-2) In Vivo Differentiation of Neural Progenitor Cells Derived from the Present Invention

신경전구세포 이식 후 이동, 분화, 생존 양상을 시간적 순서로 관찰하였다. DiO라는 세포막 염색약으로 전처리된 신경전구세포를 형광세포염색을 통하여 추적 관찰하였다. 신경전구세포는 이식된 뇌피질에서 병변쪽으로 이동하면서 주로 병변 주변에 위치하여 생존하였다. 생존률은 약 25%였고, 살아있는 세포 대부분은 신경세포 관련 표지자인 Tuj-1 (39.1 %) 및 NF (26.1%)에 양성소견을 보였고, 일부는 혈관내피세포와 아교세포로 분화하였다. 뇌허혈 환경에서 신경전구세포의 이식을 통해 손상된 신경세포를 재생하고, 기능회복을 유도할 수 있었다.After neuronal progenitor cell transplantation, migration, differentiation, and survival patterns were observed in chronological order. Neuroprogenitor cells pretreated with a membrane membrane dye called DiO were followed through fluorescence cell staining. The neural progenitor cells migrated from the transplanted cerebral cortex to the lesion and were mainly located around the lesion to survive. The survival rate was about 25%, and most of the living cells were positive for neuronal markers, Tuj-1 (39.1%) and NF (26.1%), and some differentiated into vascular endothelial cells and glial cells. Transplantation of neural progenitor cells in a cerebral ischemic environment was able to regenerate damaged neurons and induce functional recovery.

본 발명의 분리 및 배양방법에 따라 자신의 말초혈액 유래 단핵 세포로부터 신경전구세포를 높은 생존도와 순도를 유지하면서 분리하여 대량으로 배양할 수 있으며, 분화 유도방법에 의해서는 신경세포로 분화시킬 수 있다. 또한, 손상받은 뇌내 이식을 통하여서는 뇌기능장애를 회복시키는 효과가 있고, 안정된 신경세포로의 분화가 가능하다. 본 발명의 방법에 의해 얻은 신경전구세포는 생명체인 배아를 대상으로 하여 생명윤리 논란이 분분한 배아줄기세포를 대신할 수 있으며, 자신의 신경세포를 대량으로 얻을 수 있다는 점에서 제대혈이나 골수세포의 한계점을 극복하여 유용하게 사용될 수 있다.According to the isolation and culture method of the present invention, neuronal progenitor cells can be isolated from their peripheral blood-derived mononuclear cells while maintaining high viability and purity and cultured in large quantities, and differentiated into neurons by a differentiation induction method. . In addition, it is effective to restore brain dysfunction through damaged intracellular grafts, and it is possible to differentiate into stable neurons. The neural progenitor cells obtained by the method of the present invention can replace embryonic stem cells which are divided into bioethical and controversial targets for embryos, which are living organisms, and have limitations of cord blood or bone marrow cells in that their neurons can be obtained in large quantities. It can be usefully used to overcome.

Claims (8)

a) 환자의 말초혈액으로부터 단핵구를 수확하는 단계;a) harvesting monocytes from peripheral blood of a patient; b) 상기 얻어진 단핵구를 우 태아 혈청(fetal bovine serum, FBS), 섬유아세포성장인자(fibroblast-derived growth factor, FGF), 상피세포 성장인자(epidermal growth factor, EGF), 혈관내피성장인자(vascular endothelial cell-derived growth factor), 및 인슐린형성장인자(insulin-like growth factor)이 포함된 혈관 증식배지(EGM) 배지에 배양하여 전구세포들을 성숙시키는 1차 배양 단계;b) The obtained monocytes are fetal bovine serum (FBS), fibroblast-derived growth factor (FGF), epidermal growth factor (EGF), vascular endothelial a primary culture step of culturing progenitor cells by culturing in vascular growth medium (EGM) medium containing a cell-derived growth factor, and an insulin-like growth factor; c) 상기 일차 배양 후 얻어진 부착성 세포와 부유성 세포를 상기 일차 배양액의 결과 물질을 포함하는 b)단계의 혈관 증식 배지에서 2차 배양하는 단계; 및c) secondary culture of the adherent cells and the suspended cells obtained after the primary culture in the vascular growth medium of step b) containing the resultant material of the primary culture solution; And d) 상기 c)단계에서 배양한 세포를 우 태아 혈청(fetal bovine serum, FBS)을 포함하는 b)단계의 혈관증식 배지에서 3차 배양하는 단계를 포함하는 말초혈액으로부터 신경 전구 세포의 분리, 배양 및 분화 방법.d) isolating and culturing neural progenitor cells from peripheral blood comprising the step of tertiary culturing the cells cultured in step c) in the angiogenesis medium of step b) comprising fetal bovine serum (FBS) And differentiation method. 제 1항에 있어서, 상기 방법은 d) 단계 후에 얻은 세포를 레티노산(retinoic acid), 폴스콜린(Folskolin), 신경 성장인자(nerve growth factor; NGF), 및 항생제를 포함하는 상기 3차 배양 배지에서 배양하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 말초혈액으로부터 신경 전구세포의 분리, 배양 및 분화 방법. The method of claim 1, wherein the method comprises the step of d) the cell culture comprising the retinoic acid (retinoic acid), Folskolin (Folskolin), nerve growth factor (NGF), and antibiotics in the tertiary culture medium Method for isolation, culture and differentiation of neural progenitor cells from peripheral blood further comprising the step of culturing. 제 1항에 있어서, 상기 1차 배양 단계의 우 태아 혈청의 농도는 0.1∼3%인 것을 특징으로 하는 말초혈액으로부터 신경 전구 세포의 분리, 배양 및 분화 방법. The method of claim 1, wherein the concentration of fetal bovine serum in the primary culture step is 0.1 to 3%. 제1항에 있어서, 상기 일차 배양액의 결과물질은 상기 1차 배양과정 중에 나오는 2 마이크로미터 이하의 세포 부산물, 단백질 및 무기질인 것을 특징으로 하는 말초혈액으로부터 신경 전구 세포의 분리, 배양 및 분화 방법. The method of claim 1, wherein the resultant material of the primary culture is a cell by-product, a protein, and a mineral of 2 micrometers or less that occur during the primary culture. 제 1항에 있어서, 상기 3차 배양 단계의 우 태아 혈청의 농도는 5∼10%인 것을 특징으로 하는 말초혈액으로부터 신경 전구 세포의 분리, 배양 및 분화 방법. The method of claim 1, wherein the concentration of fetal bovine serum in the tertiary culture step is 5 to 10%. 제 1항에 있어서, 상기 배양 단계 중 배지 교환 시에 기존의 배지는 보존되는 것을 특징으로 하는 말초혈액으로부터 신경 전구 세포의 분리, 배양 및 분화 방법. 2. The method of claim 1, wherein the existing medium is preserved upon medium exchange during said culturing step. 제1항의 방법에 의하여 제조된 신경전구세포를 유효성분으로 하는 중추신경계 질환 치료용 조성물.A composition for treating central nervous system diseases comprising neuroprogenitor cells prepared by the method of claim 1 as an active ingredient. 제8항에 있어서, 상기 질환은 뇌졸중, 척수질환, 파킨슨씨병, 알츠하이머병, 간질, 및 뇌종양으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환인 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 8, wherein the disease is one or more diseases selected from the group consisting of stroke, spinal cord disease, Parkinson's disease, Alzheimer's disease, epilepsy, and brain tumors.
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