KR20100067277A - A method for transdifferentiating stem cells isolated from skin into osteocyte - Google Patents

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KR20100067277A
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Abstract

PURPOSE: A method for differentiating mammalian skin stem cells to osteocytes is provided to prevent complications of collected site and to use in operation of bone defect part. CONSTITUTION: A method for differentiating mammal skin-derived adult stem cells to osteoclytes comprises: a step of isolating adult stem cells from mammal skin; a step of culturing the stem cells; and a step of culturing stem cells in a DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium) containing dexamethanole, sodium beta-glycerophosphate, and ascorbic acid to induce osteocytes differentiation. A method for removing hair from skin surface; a step of washing with DPBS(Dulbecco's Phosphate Buffered Saline) containing penicillin and streptomycin; and a step of separating dermal layer and epidermal layer.

Description

포유동물 피부유래 줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법{A METHOD FOR TRANSDIFFERENTIATING STEM CELLS ISOLATED FROM SKIN INTO OSTEOCYTE}METHODS FOR TRANSDIFFERENTIATING STEM CELLS ISOLATED FROM SKIN INTO OSTEOCYTE

조직공학은 생명과학과 공학의 기본개념과 기술을 통합 응용하여 생체 조직의 구조와 기능 사이의 상관 관계를 이해하고 나아가서 생체 조직의 대용품을 만들어 이식함으로써 우리 몸의 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 하는 응용학문이다. Tissue engineering aims to integrate the basic concepts and techniques of bioscience and engineering to understand the correlation between structure and function of living tissues, and to maintain, improve or restore the functions of our bodies by creating and transplanting substitutes of living tissues. This is an applied research.

조직공학 중에서도 생체에서 완전히 흡수되고 세포와 친화력이 있는 고분자 담체를 생체 조직에 이식함으로써 새로운 실질 조직을 형성하게 하는 일련의 기법을 생체조직공학이라고 한다. 생체 조직공학은 세포 배양학, 재료공학, 이식수술 분야의 다학제간 조합이다. 이와 같은 생체 조직공학은 오늘날 다방면으로 연구되어 인체의 특정부위에 손상을 입은 환자의 치료에 유용하게 활용되고 있다.Among tissue engineering, a series of techniques for forming a new parenchymal tissue by implanting a polymer carrier that is completely absorbed in a living body and has affinity with cells in living tissue is called biotissue engineering. Biotissue engineering is a multidisciplinary combination in the fields of cell culture, materials engineering and transplantation. Such biotissue engineering has been studied in various fields today and has been usefully used in the treatment of patients injured in specific parts of the human body.

최근에는 환자의 자가세포로부터 줄기세포를 채취하여, 손상된 조직으로 재생하는 조직공학적 치료방법이 각광을 받고 있다. 환자의 자가세포로부터 채취한 줄기세포를 배양하고 특정조직으로 분화를 유도하여 이를 환자의 결손부 조직에 이 식할 경우, 이식거부반응이 없어 유용하다.Recently, histological treatment methods for collecting stem cells from patient's autologous cells and regenerating them into damaged tissues have been in the spotlight. It is useful because there is no transplant rejection reaction when culturing stem cells collected from patient's autologous cells and inducing differentiation into specific tissues and transplanting them into the defect tissue of patient.

사람간의 최초의 성공적인 장기 이식은 1954년 조셉 머레이(Josep Murray)에 의하여 시도된 일란성 쌍생아 형제간의 신장이식이었다. 그 후 많은 발전을 거듭한 끝에 사람의 장기 이식은 1970년대 후반부터는 새로운 면역 억제제의 개발과 마취 및 수술 기법의 발달로 심장, 간, 췌장 및 폐 등의 인간 장기 모든 분야에까지 확대되고 있는 실정이다.The first successful organ transplant between humans was a kidney transplant between identical twins, who was attempted by Joseph Murray in 1954. After many developments, the transplantation of human organs has been extended to all human organs such as heart, liver, pancreas and lungs since the late 1970s with the development of new immunosuppressants and the development of anesthesia and surgical techniques.

이러한 이식수술의 발전은 인류의 건강 증진에 매우 중요한 역할을 하였으나 점차 필요로 하는 장기의 수보다 기증되는 장기의 수가 현저히 부족하게 되어 한계에 다다랐고, 이러한 문제점을 해결하고자 동물의 장기를 사람에게 이식하는 소위 이종 이식을 연구하여 보기도 하였으나 오랜 시간 사용시 거부반응과 감염 등의 문제가 발생하여 자주 교환하여 주어야 하고, 거부반응이나 감염 등의 문제가 없다 하더라도 기능상으로 생명을 유지하기에는 현저히 뒤떨어지는 문제가 있었다. The development of transplant surgery has played a very important role in promoting the health of human beings, but the number of organs donated is far shorter than the number of organs that are needed. Although there have been studies of the so-called xenograft, which has been used for a long time, problems such as rejection and infection have occurred and it has to be replaced frequently. there was.

이러한 문제점을 해결하고자 인체 내에 거부 반응이 전혀 없는 생체 적합성이 뛰어난 생체 재료를 개발하거나 환자 자신의 세포로부터 손상된 장기를 대체하려는 생체 조직 공학적인 접근 방법이 연구되고 있다. In order to solve this problem, a biotissue engineering approach is being developed to develop biocompatible materials having excellent rejection reactions in the human body or to replace damaged organs from patients' own cells.

먼저 생체 적합성이 뛰어난 인공 생체 재료에는 인체 내에서 존재하거나 자연에서 얻을 수 있는 천연 재료가 있고 각종 폴리머로 대표되는 인공 재료가 있다. 천연 재료에는 키틴이나 키토산 등이 있고 인공재료에는 폴리우레탄과 실리콘 고무 등의 합성 고분자가 있는데 이들 재료는 물리 화학적 표면 성질 또는 기계적 성질을 다양하게 변화시킬 수 있다는 장점이 있으나 시간이 흐름에 따라 혈액 등의 응고가 일어나 영구적으로 인체 내에서 사용할 수 없다는 단점을 지니고 있다. 따라서 이를 보완하기 위하여 환자 자신의 세포로부터 손상된 장기를 대체하려는 생체 조직 공학적인 방법이 많이 연구되고 있다. First, artificial biomaterials having excellent biocompatibility include natural materials that exist in the human body or can be obtained from nature, and artificial materials represented by various polymers. Natural materials include chitin and chitosan, and artificial materials include synthetic polymers such as polyurethane and silicone rubber. These materials have the advantage of varying physical and chemical surface properties or mechanical properties. This has the disadvantage that it can not be used permanently in the human body due to coagulation. Therefore, in order to compensate for this, many bioengineering methods for replacing damaged organs from patients' own cells have been studied.

골이식술의 가장 이상적인 치유양상은 이식재의 완전한 숙주골화다. 그러나 이식재의 기원이나 처리과정에 따라 골의 치유 양상이 다른 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 조직 재생과정에서 생체 내 이식 후 특정 조직 및 장기 특이적으로 분화할 수 있는 능력이 있고, 또한 본래 세포 특성과 다르게 타 조직의 세포로 전이 분화할 수 있는 성체 줄기세포의 이용에 관심이 모아지고 있다.The most ideal healing aspect of bone graft is the complete host ossification of the implant. However, the healing pattern of bone is known to be different according to the origin and processing of the implant. For this reason, there is interest in the use of adult stem cells that are capable of differentiating to specific tissues and organs after transplantation in vivo during tissue regeneration, and are capable of metastatic differentiation into cells of other tissues, unlike the original cellular characteristics. ought.

줄기세포(Stem cell)는 인간의 몸을 구성하는 서로 다른 세포나 장기가 성장하는 일종의 모세포로, 간세포라 불리기도 한다. 줄기세포에는 사람의 배아를 이용해 만들 수 있는 배아줄기세포(Embryonic stem cell)와 혈구세포를 끊임없이 만드는 골수세포와 같은 성체 줄기세포(Adult stem cell)가 있다. 배아줄기세포는 인체를 이루는 모든 세포와 조직으로 분화할 수 있지만 윤리적인 이유로 사용이 제한되 어 있는 반면, 성체 줄기세포는 제대혈이나 다 자란 성인의 골수와 혈액 등에서 추출한 것으로, 간엽 줄기세포와 조혈 줄기세포로 존재한다. 성체 줄기세포는 생체 내 이식 후에 특정 조직 및 장기 특이적으로 분화할 수 있고, 본래 세포의 특성과는 다른 타 조직의 세포로 전이 분화할 수 있는 분화 유연성을 가지는 세포로서, 윤리적인 제한 없어 조직공학에 널리 사용되고 있다.Stem cells (Stem cells) are a kind of blast cells that grow different cells or organs that make up the human body, also called hepatocytes. Stem cells include adult stem cells, such as embryonic stem cells that can be made from human embryos, and bone marrow cells that constantly make blood cells. Embryonic stem cells can differentiate into all the cells and tissues that make up the human body, but their use is limited for ethical reasons, while adult stem cells are derived from umbilical cord blood or bone marrow and blood of mature adults. It exists as a cell. Adult stem cells are cells that have differentiation flexibility that can differentiate into specific tissues and organs after transplantation in vivo, and can metastasize to cells of other tissues different from the characteristics of the original cells. It is widely used in.

이미 인간과 동물을 대상으로 한 연구에서 성체 줄기세포 중 골수 유래 줄기세포가 골형성 세포로 분화되는 것이 확인되었고(Friedenstein A.J. et al., Transplantation., 6:230-247, 1968), 최근 연구에서는 골수로부터 분리한 줄기세포를 배양하여 골아세포로 분화 증식시키는 방법에 진전이 있으며 이를 통한 임상적용의 가능성이 높아지고 있다(Ohgushi H. et al., J Biomed Mater Res.,48:913-927, 1999). 최근에는 간엽줄기세포로부터 골세포를 분화시키는 방법이 주도적으로 연구되고 있는 실정이다. Already in human and animal studies, bone marrow-derived stem cells from adult stem cells have been differentiated into osteogenic cells (Friedenstein AJ et al., Transplantation., 6: 230-247, 1968). Advances in the differentiation and proliferation of stem cells isolated from bone marrow into osteoblasts have increased the possibility of clinical application (Ohgushi H. et al., J Biomed Mater Res., 48: 913-927, 1999 ). Recently, a method for differentiating bone cells from mesenchymal stem cells has been actively studied.

그러나, 자가 골이식은 기본적인 신체의 체력 및 면역력이 저하된 환자로부터 골채취를 하여야 하는바 골채취 부위의 감염, 동통, 혈종과 같은 합병증이 발생할 수 있는 문제점이 있었고, 이를 극복하기 위해 이식거부반응이 없는 공여자로부터 골채취를 하는 것을 고려한다 하더라도 이러한 골수 공여자의 수는 제한적일 수밖에 없는 문제점이 존재한다. 따라서 환자의 다른 신체부위로부터 취한 줄기세포를 골세포로 분화시키기는 방법의 개발이 절실히 요구되어 왔다.However, autologous bone graft has to be collected from patients whose basic physical strength and immunity are deteriorated. Complications such as infection, pain, and hematoma at the bone collection site may occur. Even if we consider collecting bone from a donor who does not have one, there is a problem that the number of such bone marrow donors is limited. Therefore, there is an urgent need to develop a method for differentiating stem cells taken from other parts of the patient into bone cells.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 포유동물의 피부유래 줄기세포를 골세포로 분화시키는 골세포 분화 유도제 및 그 방법을 제공함을 목적으로 한다. 피부는 골수와 달리 환자에게 침습적 요소를 줄이며 줄기세포의 채취가 가능한 부위이고, 환자의 신체 전 범위에서 얻을 수 있는 부위이다. 따라서 피부에서 채취한 줄기세포를 골세포로 분화시킬 수 있다면 종래 골수로부터 채취한 줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법에 따른 문제들을 해결할 수 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an osteoin differentiation inducing agent and method for differentiating stem cells derived from mammalian stem cells into bone cells. Unlike the bone marrow, the skin reduces the invasive factor to the patient and is a site where stem cells can be collected, and is obtained from the whole body of the patient. Therefore, if the stem cells collected from the skin can be differentiated into bone cells, the problems caused by the method of differentiating stem cells collected from the bone marrow into bone cells can be solved.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은ⅰ)포유동물의 피부에서 성체 줄기세포를 분리하는 단계;ⅱ)상기 줄기세포를 배양하는 단계; 및 ⅲ)상기 줄기세포를 덱사메타손(dexamethasone), 베타글리세로인산나트륨(sodium β-glycerophosphate) 및 아스코브산(ascorbic acid)을 포함하는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium)에 배양하여 골세포 분화를 유도하는 단계;를 포함하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: i) separating adult stem cells from the skin of a mammal; ii) culturing the stem cells; And iii) inducing bone cell differentiation by culturing the stem cells in DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium) containing dexamethasone, dexamethasone, sodium β-glycerophosphate, and ascorbic acid. It provides a method for differentiating adult stem cells derived from mammalian skin comprising bone cells comprising a step.

상기 ⅰ)줄기세포를 분리하는 단계는 피부 표면의 털을 제거하는 단계; 페니실린(penicillin), 스트렙토마이신(streptomycin)을 포함하는 DPBS(Dulbecco's Phosphate Buffered Saline)로 세척하는 단계; 진피층과 표피층을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 페니실린(penicillin)은 100U/㎖ 만큼 사용하는 것이 바람직하며, 상기 스트렙토마이신(streptomycin)은 100㎍/㎖ 만큼 사용하는 것이 바람직하다. The step of separating the stem cells is to remove the hair on the skin surface; Washing with Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS) including penicillin, streptomycin; And separating the dermal and epidermal layers. The penicillin (penicillin) is preferably used as much as 100U / ㎖, the streptomycin (streptomycin) is preferably used as much as 100㎍ / ㎖.

상기 방법에 의해 피부로부터 줄기세포를 분리한 후, 이를 배양하여야 한다. 상기 ⅱ)줄기세포를 배양하는 단계는 우태혈청(Fetal Bovine Serum; FBS), 내피성장인자(endothelial growth factor; EGF), 기본 섬유모세포 성장인자(basic fibroblast growth factor; bFGF), 페니실린(penicillin), 스트렙토마이신(streptomycin), 암포테리신 비(Amphotericin B)가 포함된 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium)-F12에 배양시키는 것이 바람직하다. 여기서 상기 줄기세포를 배양하는 단계는 38.5℃, 5% CO2 과포화상태에서 배양하는 것이 바람직하며, 상기 우태혈청(Fetal Bovine Serum; FBS)은 10%, 상기 내피성장인자(endothelial growth factor; EGF)는 10 ng/ml, 상기 기본 섬유모세포 성장인자(basic fibroblast growth factor; bFGF)는 10ng/ml, 상기 페니실린(penicillin)은 100U/ml, 상기 스트렙토마이신(streptomycin)은 100㎍/㎖, 상기 암포테리신 비(Amphotericin B)는 0.25㎍/㎖ 만큼 사용하는 것이 바람직하다.After separating the stem cells from the skin by the above method, it should be cultured. The ii) culturing the stem cells is fetal bovine serum (FBS), endothelial growth factor (EGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), penicillin (penicillin), It is preferable to incubate in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) -F12 containing streptomycin, amphotericin B. The step of culturing the stem cells is preferably cultured at 38.5 ℃, 5% CO 2 supersaturated state, Fetal Bovine Serum (FBS) is 10%, the endothelial growth factor (EGF) Is 10 ng / ml, the basic fibroblast growth factor (bFGF) is 10 ng / ml, the penicillin is 100 U / ml, the streptomycin is 100 µg / ml, the amphoteric It is preferable to use the new ratio (Amphotericin B) as much as 0.25 µg / ml.

또한, 상기 ⅱ)줄기세포를 배양하는 단계는 배양 2일째 계대배양 하는 것이 바람직하며, 여기서 계대배양은 트립신-에틸렌디아민테트라아세트산(trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid; trypsin-EDTA)을 이용하는 것이 바람직하고, 상 기 트립신-에틸렌디아민테트라아세트산(trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid; trypsin-EDTA)은 0.25%를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the step of culturing the stem cells ii) is preferably passaged on the second day of culture, wherein the passage is preferably trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (trypsin-EDTA). Trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (trypsin-EDTA) is preferably used 0.25%.

또한, 상기 ⅲ)골세포 분화를 유도하는 단계는 상기 줄기세포를 배양하는 단계에 있어서, 세 번째 계대단계의 70% confluence된 상태의 줄기세포를 이용함이 바람직하다. 상기 덱사메타손(dexamethasone)은 기존의 논문들을 통하여 조골세포의 분화에 결정적인 영향을 미친다고 보고되어 온 물질로서, 통상적으로 간엽줄기세포로부터 조골세포의 분화시 10-5 M을 사용하는 것과 달리 본 발명에서는 10 ~ 100 nM의 덱사메타손(dexamethasone)을 사용하는 것을 특징으로 한다. 피부에서 추출한 줄기세포의 경우 상기 덱사메타손(dexamethasone)을 상기 10 ~ 100 nM이상의 농도로 사용했을 경우 지방으로 분화되는 경향이 있었고, 상기 10 ~ 100 nM 이하의 농도로 사용할 경우 골세포분화 유도제로서의 유효한 효과를 볼 수 없었다. 따라서 본 발명의 골세포 유도 단계에 있어서는 10 ~ 100nM 농도의 덱사메타손(dexamethasone)을 사용함이 바람직하다. 그 외 상기 베타글리세로인산나트륨(sodium β-glycerophosphate)은 10 mM, 상기 아스코브산(ascorbic acid)는 50 uM만큼 사용하는 것이 바람직하고, 상기 골세포 분화를 유도하는 단계는 3주간 이루어지며, 배양액교환은 주2회의 빈도로 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the step of inducing osteoblast differentiation, in the step of culturing the stem cells, it is preferable to use the stem cells in the confluence state of 70% of the third passaging step. The dexamethasone (dexamethasone) is a substance that has been reported to have a critical influence on the differentiation of osteoblasts through the existing papers, in contrast to using 10 -5 M in the differentiation of osteoblasts from mesenchymal stem cells in the present invention It is characterized by using dexamethasone (dexamethasone) of 10 ~ 100 nM. Stem cells extracted from the skin tended to differentiate into fat when the dexamethasone (dexamethasone) was used at a concentration of 10 to 100 nM or more, and when used at a concentration of 10 to 100 nM or less, it was effective as an inducer of osteoblast differentiation. Could not see. Therefore, in the osteoblast induction step of the present invention, it is preferable to use dexamethasone (dexamethasone) at a concentration of 10 to 100 nM. In addition, the beta-glycerophosphate (sodium β-glycerophosphate) is 10 mM, the ascorbic acid (ascorbic acid) is preferably used by 50 uM, the step of inducing the osteoblast differentiation is made for 3 weeks, It is preferable to perform culture fluid exchange twice a week.

본 발명에 따른 골세포 분화 유도제 및 골세포 분화방법을 사용할 경우 피부 유래 줄기세포를 골세포로 분화시킬 수 있으므로, 종전 골이식술을 위하여 줄기세포를 장골(ilaic bone)과 경골(tibia) 등에서 채취함에 따른 이차적인 창상의 형상과 수술 후 통증이 수반되는 문제를 해결할 수 있다. 아울러, 피부는 골수와 달리 환자의 신체 전 범위로부터 얻을 수 있는 것인바 더욱 유용하게 사용될 수 있다.When the osteoblast differentiation inducing agent and osteoblast differentiation method according to the present invention are used, the stem cells derived from the skin can be differentiated into osteocytes. This can solve the problem of secondary wound shape and postoperative pain. In addition, unlike the bone marrow, the skin can be used more usefully because it can be obtained from the entire body of the patient.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described.

1.재료 및 방법1.Materials and Methods

(1)실험동물(1) laboratory animals

6개월에서 1년 정도 된 체중 25kg 성숙 미니돼지(PWG)의 귀 피부를 이용하였다.Ear skin of 25 kg mature mini pig (PWG), weighing 6 months to 1 year, was used.

(2)화학제품, 시약 및 배지(2) chemicals, reagents and media

모든 화학제품과 시약은 Sigma에서 구입하였고, 모든 배지는 Invitrogen에서 구입하였다.All chemicals and reagents were purchased from Sigma and all media were purchased from Invitrogen.

2.피부에서 줄기세포의 분리2.Isolation of Stem Cells from Skin

미니돼지를 4 mg/Kg 아자페론(azaperone; StresnilTM JANSSEN, BELGIUM)으로 진정시킨 후 10 mg/Kg tiletamine-zolazapam (ZoletilTM Virbac, France)로 마취를 유도하였다. 귀피부를 베타딘과 70% 알코올을 이용하여 소독한 후 2% 염산리도카인(lidocaine HCL) with 1:100,000 에피네프린(epinephrine)으로 국소 마취한 후 피부를 절개하였다. Mini pigs were sedated with 4 mg / Kg azaferon (Strapenil JANSSEN, BELGIUM) followed by anesthesia with 10 mg / Kg tiletamine-zolazapam (Zoletil Virbac, France). Ear skin was disinfected with betadine and 70% alcohol, followed by local anesthesia with 2% lidocaine HCL with 1: 100,000 epinephrine.

도 1(A;귀를 절개 소독함, B,C;진피 위쪽 면을 분리해냄, D;2mm2정도 씩 조각내어 0.1% 겔라틴 코팅 세포배양 접시에 배양함)에서 나타내는 바와 같이 실온에서 채취한 피부표면에 털을 제거하고 100 U/ml 페니실린 및 100 ug/ml 스트렙토마이신이 포함된 Dulbecco`s Phosphate Buffered Saline (DPBS)로 씻은 후 모낭과 피지선을 포함하는 진피층과 표피층을 분리하여, 1-3 mm2 너비로 자른 다음 35 mm 또는 60 mm tissue culture plates (NUNCTM, Denmark)에 부착하였다. 10 % 우태혈청(Fetal Bovine Serum; FBS), 10 ng/ml 내피성장인자(endothelial growth factor; EGF), 10 ng/ml 기본 섬유모세포 성장인자(basic fibroblast growth factor; bFGF), 100U/ml 페니실린(penicillin) 및 100 ug/ml 스트렙토마이신과 0.25 ug/ml 암포테리신B(Amphotericin B)가 포함된 1 ml 또는 2 ml Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)-F12을 38.5oC, 5 % CO2 , 과포화 상태에서 배양시켰다. 배양 2일째 조직을 때어내었다. 이후 일주일에 2회 배양액을 교체해 주었다. 계대배양은 0.25% 트립신-에틸렌디아민테트라아세트산(trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid :EDTA)을 이용하였다.Collected at room temperature as shown in FIG. 1 (A; dissecting ears, B, C; separating the upper surface of the dermis, D; slicing about 2 mm 2 and incubating in a 0.1% gelatin coated cell culture dish) Remove the hair on the surface of the skin and wash it with Dulbecco`s Phosphate Buffered Saline (DPBS) containing 100 U / ml penicillin and 100 ug / ml streptomycin, then separate the dermal and epidermal layers containing hair follicles and sebaceous glands, 1-3 mm 2 Cut to width and attached to 35 mm or 60 mm tissue culture plates (NUNC , Denmark). 10% Fetal Bovine Serum (FBS), 10 ng / ml endothelial growth factor (EGF), 10 ng / ml basic fibroblast growth factor (bFGF), 100 U / ml penicillin ( penicillin) and 1 ml or 2 ml Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) -F12 containing 100 ug / ml streptomycin and 0.25 ug / ml amphotericin B, 38.5 o C, 5% CO 2 , supersaturated Cultured in the state. Tissue was removed on day 2 of culture. After that, the medium was replaced twice a week. For subculture, 0.25% trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) was used.

3. 골세포분화3. Bone Cell Differentiation

골세포로 분화는 피부유래의 줄기세포 3번째 계대 단계를 이용하였으며 70% confluence된 상태에서 골세포분화 배양액인 10 ~ 100 nM 덱사메타손, 10 mM 베타글리세로인산나트륨(sodium β-glycerophosphate) 및 50 uM 아스코브산(ascorbic acid)이 첨가된 2 ml Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)을 이용하였다. 배양액 교환은 주 2회 실시하였으며, 3주 후 분화된 세포를 조직화학적 염색과 RT-PCR로 확인하였다.Differentiation into osteoblasts was performed using the third passage of stem-derived stem cells, and in the state of 70% confluence, osteoblast differentiation culture medium 10-100 nM dexamethasone, 10 mM sodium β-glycerophosphate and 50 uM 2 ml Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) with ascorbic acid was used. The medium was exchanged twice a week, and after 3 weeks the differentiated cells were confirmed by histochemical staining and RT-PCR.

4. 조직화학 염색4. Histochemical staining

골형성 유무를 확인하기 위해 본 코사(Von Kossa) 염색으로 미네랄화된 기질을 염색하였다. 골세포로 분화된 조직을 인산완충식염수(Phosphate Buffered Saline;PBS)로 씻은 후 4 % 중성 포름알데히드(neutral buffered formaldehyde)로 30분 동안 고정시켰다. 고정액을 제거하고 증류수로 씻은 후 5 % 질산은 용액(silver nitrate solution)에 한 시간 정도 밝은 곳에 놓아두었다. 증류수로 씻은 후 관찰하였다.Mineralized substrates were stained with Von Kossa staining to confirm bone formation. Tissues differentiated into osteocytes were washed with Phosphate Buffered Saline (PBS) and fixed for 30 minutes with 4% neutral buffered formaldehyde. After removing the fixed solution and washing with distilled water, it was placed in a bright place for 5 hours in a silver nitrate solution (silver nitrate solution). Observed after washing with distilled water.

5. 5. RNARNA 추출과  Extraction 역전사Reverse transcription 중합효소연쇄반응( Polymerase chain reaction ReverseReverse transcriptasetranscriptase polymerasepolymerase chain  chain reactionreaction ; ; RTRT -- PCRPCR ) 분석) analysis

전체 RNA는 Rneasy Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA)을 이용하여 추출 하였고, cDNA합성은 Omniscript Reverse Transcription Kit (Qiagen)와 oligo-dT primer을 사용하여 30분 동안 55°C에서 합성하였다. PCR증폭은 Maxime PCR Premix (iNtRON Biotechnology, Korea)를 이용하여 실시하였다. 사용된 프라이머는 osteocalcin(205 bp) F, CTGGACCAACATCTTGAGCA and R, ACCCCTTTGGTGGTGTTGTA Osteonectin(189 bp) F; TCCGGATCTTTCCTTTGCTTTCTA R; CCTTCACATCGTGGCAAGAGTTTG이다. house keeping gene으로서 GAPDH(230 bp)는 F, 5’-GGGCATGAACCATGAGAAGT-3'와 R, 5’-AAGCAGGGATGATGTTCTGG-3’을 사용하였다. PCR 은 35에서 40 사이클 동안 수행하였으며 그 조건은 95°C 에 3 분 동안 변성(denaturation)시켰고, 60°C 에 30초 동안 풀림(annealing)과정을 거쳤으며, 72°C 에 45초 동안 신장(elongation)과정을 거치고, 72°C에 10분 동안 final extension으로 실시하였다. PCR 결과물은 1% 아가로스젤과 1 ug/ml 에티듐 브로마이드를 이용하여 로딩 분리하였고 자외선 아래에서 측정하였다.Total RNA was extracted using Rneasy Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA), and cDNA synthesis was synthesized at 55 ° C for 30 minutes using Omniscript Reverse Transcription Kit (Qiagen) and oligo-dT primer. PCR amplification was performed using Maxime PCR Premix (iNtRON Biotechnology, Korea). Primers used were osteocalcin (205 bp) F, CTGGACCAACATCTTGAGCA and R, ACCCCTTTGGTGGTGTTGTA Osteonectin (189 bp) F; TCCGGATCTTTCCTTTGCTTTCTA R; CCTTCACATCGTGGCAAGAGTTTG. GAPDH (230 bp) was used as the house keeping gene by F, 5'-GGGCATGAACCATGAGAAGT-3 'and R, 5'-AAGCAGGGATGATGTTCTGG-3'. PCR was performed for 35 to 40 cycles and the conditions were denatured at 95 ° C for 3 minutes, annealed at 60 ° C for 30 seconds, and stretched for 45 seconds at 72 ° C. elongation) and final extension at 72 ° C for 10 minutes. PCR products were loaded and separated using 1% agarose gel and 1 ug / ml ethidium bromide and measured under ultraviolet light.

6. 결과6. Results

(1)조직화학 염색결과(1) histochemical staining results

도 2에서 나타나는 바와 같이, A)귀에서 분리한 줄기세포 부분이 섬처럼 증식되고 있음을 확인할 수 있었고, B) A에서 분리한 세포를 계속해서 계대 배양할 때 나타나는 세포모양을 관찰할 수 있었으며, C) 2주 동안 분화시킨 후 Von Kossa염색을 하였을 때 미네랄 기질이 검은색으로 염색됨을 확인할 수 있었다.(배경은 H&E를 대조 염색한 것이다.)As shown in Figure 2, it was confirmed that the stem cell portion separated from the ear A) is proliferating like an island, and B) the appearance of cells appearing when the cells separated from A can be continuously passaged, C) After 2 weeks of differentiation, the Von Kossa staining revealed that the mineral substrate was dyed black. (Background is contrasted with H & E.)

(2)RT-PCR분석 결과(2) RT-PCR analysis result

도 3에서 나타나는 바와 같이, 골세포로 분화 2주 후 전체 RNA를 추출하여 RT-PCR을 수행하였을 때 골세포 분화 유전자인 Osteocalcin과 Osteonectin이 발현됨을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 3, it was confirmed that osteoblast differentiation genes Osteocalcin and Osteonectin were expressed when RT-PCR was performed by extracting total RNA after 2 weeks of differentiation into osteoblasts.

도 1은 귀조직에서 줄기세포를 분리하는 과정을 나타낸 것이다.Figure 1 shows the process of separating stem cells from ear tissue.

도 2는 골형성 유무 확인을 위하여 조직화학 염색을 한 결과를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the results of histochemical staining for the presence of bone formation.

도 3은 골형성 유무 확인을 위하여 RT-PCR을 수행한 결과를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the results of performing RT-PCR to confirm the bone formation.

Claims (10)

ⅰ)포유동물의 피부에서 성체 줄기세포를 분리하는 단계;Iii) separating adult stem cells from the skin of a mammal; ⅱ)상기 줄기세포를 배양하는 단계; 및Ii) culturing the stem cells; And ⅲ)상기 줄기세포를 덱사메타손(dexamethasone), 베타글리세로인산나트륨(sodium β-glycerophosphate) 및 아스코브산(ascorbic acid)을 포함하는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium)에 배양하여 골세포 분화를 유도하는 단계;Iii) inducing bone cell differentiation by culturing the stem cells in DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium) containing dexamethasone, dexamethasone, sodium β-glycerophosphate, and ascorbic acid ; 를 포함하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.Method for differentiating adult stem cells derived from mammalian skin into osteoblasts. 제1항에 있어서, 상기 줄기세포를 분리하는 단계는 피부 표면의 털을 제거하는 단계; 페니실린(penicillin), 스트렙토마이신(streptomycin)을 포함하는 DPBS(Dulbecco's Phosphate Buffered Saline)로 세척하는 단계; 진피층과 표피층을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein the separating the stem cells comprises removing hairs from the surface of the skin; Washing with Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS) including penicillin, streptomycin; A method for differentiating adult stem cells derived from mammalian skin into osteocytes, comprising separating the dermal and epidermal layers. 제1항에 있어서, 상기 줄기세포를 배양하는 단계는 우태혈청(Fetal Bovine Serum; FBS), 내피성장인자(endothelial growth factor;EGF), 기본 섬유모세포 성장인자(basic fibroblast growth factor; bFGF), 페니실린(penicillin), 스트렙토마이신(streptomycin), 암포테리신 비(Amphotericin B)가 포함된 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium)-F12에 배양시키는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein the step of culturing the stem cells Fetal Bovine Serum (FBS), endothelial growth factor (EGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), penicillin adult stem cells derived from mammalian skin, characterized in that they are cultured in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) -F12 containing penicillin, streptomycin and amphotericin B How to let. 제1항에 있어서, 상기 줄기세포를 배양하는 단계는 38.5℃, 5% CO2 과포화상태에서 배양하는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein the culturing the stem cells is performed at 38.5 ° C. and 5% CO 2 supersaturated, and differentiates adult stem cells derived from mammalian skin into bone cells. 제1항에 있어서, 상기 줄기세포를 배양하는 단계는 배양 2일째 계대배양하는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.[Claim 2] The method of claim 1, wherein the culturing of stem cells is carried out on the second day of culture to differentiate adult stem cells from mammalian skin into osteoblasts. 제5항에 있어서, 상기 계대배양은 트립신-에틸렌디아민테트라아세트산(trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid :EDTA)을 이용하는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.[Claim 6] The method of claim 5, wherein the passage is performed using trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). 제1항에 있어서, 상기 골세포 분화를 유도하는 단계는 상기 줄기세포를 배양하는 단계에 있어서, 세 번째 계대단계의 70% confluence된 상태의 줄기세포를 이용하는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein inducing osteoblast differentiation is performed in the step of culturing the stem cells, adult dermal derived from mammalian skin, characterized in that using the stem cells in a confluence state of 70% of the third passage step How to differentiate stem cells into bone cells. 제1항에 있어서, 상기 덱사메타손(dexamethasone)은 10 ~ 100 nM 만큼 사용하는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein the dexamethasone (dexamethasone) is used to differentiate adult stem cells derived from mammalian skin into bone cells, characterized in that used by 10 ~ 100 nM. 제1항에 있어서, 상기 베타글리세로인산나트륨(sodium β-glycerophosphate)은 10 mM만큼 사용하는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방법.The method of claim 1, wherein the sodium beta-glycerophosphate (sodium β-glycerophosphate) is used to differentiate adult stem cells derived from mammalian skin into bone cells, characterized in that by using 10 mM. 제1항에 있어서, 상기 아스코브산(ascorbic acid)은 50 uM만큼 사용하는 것을 특징으로 하는 포유동물 피부 유래의 성체줄기세포를 골세포로 분화시키는 방 법.According to claim 1, The ascorbic acid (ascorbic acid) is a method for differentiating adult stem cells derived from mammalian skin into bone cells, characterized in that the use of 50 uM.
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