KR20110130274A - Multi-block biopolymer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자연계에 존재하는 인간 트로포틴엘라스틴의 모방 펩타이드를 기반으로 한 다중블록 바이오폴리머들과 이들 바이오폴리머 구조를 지정하는 유전자, 바이오폴리머의 생산 정제, 바이오폴리머를 항생제, 항암제, 세포 치료제등을 포함하는 약물의 전달체 및 조직공학용 기질로 사용하는 것에 관한 것이다. The present invention relates to multiblock biopolymers based on mimetic peptides of human tropotin elastin in nature, genes that designate these biopolymer structures, production and purification of biopolymers, biopolymers to antibiotics, anticancer agents, and cell therapeutics. It relates to the use of the drug as a carrier and a substrate for tissue engineering.
종래에서 단일의 반복 구조를 갖는 단순한 엘라스틴 바이오폴리머의 제조에 대한 내용이 많았다. 예를 들어 종래에서 단일의 반복 구조를 갖는 단순한 엘라스틴 바이오폴리머는 Valine-Glycine-Valine-Alanine-Proline-Glycine의 아미노산 연쇄가 단순하게 반복된 폴리펩타이드이거나 인간 cDNA 유전자를 발현시킨 트로포엘라스틴 이거나 L-proline을 포함하는 4개 또는 5개의 아미노산이 단순 반복된 폴리펩타이드였다. There has been a lot of information on the preparation of simple elastin biopolymers having a single repeating structure. For example, conventionally simple elastin biopolymers with a single repeating structure are polypeptides with simply repeated amino acid chains of Valine-Glycine-Valine-Alanine-Proline-Glycine, or tropoelastins with human cDNA genes, or L-proline. Four or five amino acids comprising were simply repeated polypeptides.
그런데, 이들은 생체 엘라스틴과 유사한 열전이 현상을 나타내고 섬유 조직을 생성할 수 있는 성질을 나타내지만 세포의 부착성과 상호 연결성이 생체 엘라스틴보다 열등한 문제점이 있었다. 또한 인간 cDNA 유전자를 이용하여 트로포엘라스틴을 발현시킬 경우에는 원하는 성분의 아미노산을 함량을 함유하게 하여 용도와 목적에 적합한 엘라스틴 폴리펩타이드들을 생산하기 위한 유전자 조작이 용이하지 않은 문제점이 있었다.By the way, they exhibit a heat transfer phenomenon similar to that of the living elastin and exhibit the property of generating fibrous tissue, but there is a problem that the adhesion and interconnection of the cells are inferior to those of the living elastin. In addition, when expressing tropoelastin using a human cDNA gene, there was a problem that the genetic manipulation for producing elastin polypeptides suitable for use and purpose by containing an amino acid content of a desired component is not easy.
본 발명의 목적은, 엘라스틴 단백질을 기반으로 한 다중블록 바이오폴리머의 형성방법을 제공하여, 약물의 전달체 및 조직공학용 기질 등으로 사용하기 적합한 엘라스틴 폴리펩타이드들을 생산하기 위한 유전자 조작성과 세포의 부착성, 상호 연결성 등을 확보하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of forming a multiblock biopolymer based on elastin protein, thereby providing genetic engineering and cell adhesion for producing elastin polypeptides suitable for use as drug carriers and tissue engineering substrates. The purpose is to secure interconnectivity.
본 발명은 인간 엘라스틴 구조에 보다 유사한 반복 구조를 가지면서도 세포 인식 기능성과 상호 결합 블록을 포함하는 다중블록 바이오폴리머의 형성 및 이들 바이오폴리머들의 활용을 제공하는 것에 관한 것이다. The present invention is directed to providing for the formation and utilization of multiblock biopolymers having repeating structures more similar to human elastin structures, but including cell recognition functionality and mutual binding blocks.
일 측면에서, 본 발명은 일렬로 연결된 m개(m은 1 내지 100의 정수)의 블록들이 n개(n은 1 내지 5,000의 정수) 반복되며, 상기 m개의 블록들 각각은 세포 표면 항원을 인식하는 기능을 하는 펩타이드 I, PGX의 구조를 가진 펩타이드 II(P는 L-proline, G는 of glycine, X는 L- 또는 D-proline을 제외한 19개 L- 또는 D-아미노산), PGXX의 구조를 가진 펩타이드 III, PGXXX의 구조를 가진 펩타이드 IV, PGXGXX의 구조를 가진 펩타이드 V, 다중블록 바이오폴리머의 상호 결합 증진 기능을 하는 펩타이드 VI 중 하나인 것을 특징으로 하는 블록 바이오 폴리머를 제공할 수 있다. In one aspect, the invention is repeated m blocks (m is an integer from 1 to 100) of n (n is an integer from 1 to 5,000) are connected in a row, each of the m blocks to recognize the cell surface antigen Peptide I (peptide II) with the structure of PGX (P is L-proline, G is of glycine, X is 19 L- or D-amino acids except L- or D-proline), and PGXX It is possible to provide a block biopolymer, characterized in that it is one of peptides III, peptides IV having a structure of PGXXX, peptides V having a structure of PGXGXX, and peptides VI which serve to enhance the mutual binding of multiblock biopolymers.
이때, 세포 표면 항원을 인식하는 기능을 하는 펩타이드 I는 세포 부착 펩타이드인 Arginine-Glycine-Aspartate(RDG) 또는 Arginine-Glycine-Aspartate-Serine(RGDS) 중 하나 또는 하나 이상일 수 있다.In this case, the peptide I which functions to recognize the cell surface antigen may be one or more of Arginine-Glycine-Aspartate (RDG) or Arginine-Glycine-Aspartate-Serine (RGDS), which are cell adhesion peptides.
또한, 다중블록 바이오폴리머의 상호 결합 증진 기능을 하는 펩타이드 VI는 인간 트로포 엘라스틴의 결합 부위 PAAAAKAAKZG 또는 PAAAAKAAAKAG을 포함할 수 있다.In addition, the peptide VI, which functions to promote cross-linking of the multiblock biopolymer, may include a binding site PAAAAKAAKZG or PAAAAKAAAKAG of human tropo elastin.
또한, 상기 m개의 불록들 각각은 상기 펩타이드 I 내지 VI에서 서로 다른 펩타이드를 선택할 수 있다.In addition, each of the m blocks may select a different peptide from the peptides I to VI.
또한 상기 m개는 2개 내지 6개일 수 있다. In addition, m may be two to six.
또한, 상기 다중블록 바이오폴리머 중 세포 표면 항원을 인식하고 결합 능력을 가진 펩타이드 I을 이용하여, 질병 유발 병원체를 검출하거나 분리하는 기능을 가질 수 있다. In addition, the peptide I having a binding ability to recognize a cell surface antigen in the multiblock biopolymer may have a function of detecting or isolating a disease-causing pathogen.
또한, 상기 다중블록 바이오폴리머 중 일부에 약물 또는 항암제가 결합하고, 발병 부위에 전달되어 약물 전달체로서 작용할 수 있다. In addition, a drug or anticancer agent may bind to some of the multiblock biopolymers, and may be delivered to a site of onset to act as a drug carrier.
또한, 화학적 또는 효소학적 방법을 이용하여 단일 바이오폴리머 가닥들을 다중블록 바이오폴리머에 서로 연결시켜 세포 및 조직 배양의 기질로 사용할 수 있다.In addition, single biopolymer strands can be linked to each other to multiblock biopolymers using chemical or enzymatic methods to serve as substrates for cell and tissue culture.
또한, 상기 다중블록 바이오폴리머 중 일부에 배양된 특정 세포를 결합하고, 생체 내 목표 위치에 이동시키는 세포 운반체로서의 기능을 할 수 있다.In addition, it can function as a cell carrier to bind specific cells cultured to some of the multiblock biopolymers and move them to a target position in vivo.
본 발명의 실시예들에 따른 다중블록 바이오폴리머는 세포 인식 기능성과 온도 감응성이 부여 되어 있어, 질병 유발 병원체에 대한 인식 및 결합 펩타이드를 이용한 병원체 분리 검출에 이용하거나, 배양된 세포나 약물을 생체내의 목표 위치에 이동시키는 세포 운반체 또는 약물운반체로 사용하거나, 화학적 또는 효소학적 방법을 이용하여 단일 바이오폴리머 가닥들을 서로 연결시킨 후 세포 및 조직 배양의 기질로 이용할 수 있는 효과가 있다. Multiblock biopolymers according to embodiments of the present invention are endowed with cell recognition functionality and temperature sensitivity, and thus are used for detection of disease-causing pathogens and separation of pathogens using binding peptides, or cultured cells or drugs in vivo. There is an effect that can be used as a cell carrier or drug carrier to move to the target position, or to connect the single biopolymer strands to each other using chemical or enzymatic methods and then to use as a substrate for cell and tissue culture.
도 1은 일실시예에 따른 다중블록 바이오폴리머의 모식도이다.
도 2은 도 1의 다중블록 바이오폴리머를 이용한 약물 전달체이다.
도 3은 도 1의 다중블록 바이오폴리머를 이용한 세포 배양 기질 또는 세포 운반체의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a multiblock biopolymer according to one embodiment.
FIG. 2 is a drug carrier using the multiblock biopolymer of FIG. 1.
3 is a schematic diagram of a cell culture substrate or cell carrier using the multiblock biopolymer of FIG. 1.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to that other component, but there may be another configuration between each component. It should be understood that the elements may be "connected", "coupled" or "connected".
본 발명은 일렬로 연결된 m개(m은 1 내지 100의 정수)의 블록들이 n개(n은 1 내지 5,000의 정수) 반복된다. 이때 m개의 블록들 각각은 세포 표면 항원을 인식하는 기능을 하는 펩타이드 I, PGX의 구조를 가진 펩타이드 II(P는 L-proline, G는 of glycine, X는 L- 또는 D-proline을 제외한 19개 L- 또는 D-아미노산), PGXX의 구조를 가진 펩타이드 III, PGXXX의 구조를 가진 펩타이드 IV, PGXGXX의 구조를 가진 펩타이드 V, 다중블록 바이오폴리머의 상호 결합 증진 기능을 하는 펩타이드 VI 중 하나일 수 있다. In the present invention, m blocks (m is an integer of 1 to 100) connected in a row are repeated n n (n is an integer of 1 to 5,000). In this case, each of the m blocks is peptide I having a function of recognizing cell surface antigens, peptide II having a structure of PGX (P is L-proline, G is of glycine, and X is L- or D-proline except 19). L- or D-amino acids), peptide III having the structure of PGXX, peptide IV having the structure of PGXXX, peptide V having the structure of PGXGXX, peptide VI having the function of promoting the mutual binding of the multiblock biopolymer. .
이하 도 1을 참조하여 일렬로 연결된 6개의 블록들이 n개(n은 1 내지 5,000의 정수) 반복된 실시예를 설명하고, 도 2를 참조하여 일렬로 연결된 2개의 블록들이 20개 반복되는 실험예를 설명한다. 기타 일렬로 연결된 m개의 블록들이 n개(n은 1 내지 5,000의 정수) 반복되는 실시예나 실험예들로 위 실시예 및 실험예와 동일 또는 실질적으로 동일한 구조 및 물리화학적 성질, 실험결과를 제공하는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
Hereinafter, an exemplary embodiment in which six blocks connected in a row are repeated n (n is an integer of 1 to 5,000) will be described with reference to FIG. 1. Explain. Examples or experimental examples in which m blocks connected in series are n repeated (n is an integer of 1 to 5,000), which provides the same or substantially the same structural and physicochemical properties and experimental results as the above examples and experimental examples. It is apparent to those skilled in the art.
도 1은 일실시예에 따른 다중블록 바이오폴리머의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a multiblock biopolymer according to one embodiment.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 다중블록 바이오폴리머(100)는 자연계에 존재하는 인간 트로포틴엘라스틴(human tropoelastin)의 모방 펩타이드를 기반으로 한 다중블록 바이오폴리머이다. Referring to FIG. 1, the
혈관벽(vascular wall)이나 피부, 허파, 인대(ligament)의 엘라스틴 섬유들의 중심부는 트로포틴엘라스틴(human tropoelastin)이라고 하는 단일 단백질로부터유도된다. 다중블록 바이오폴리머(100)는 인간 트로포틴엘라스틴(human tropoelastin) 구조에 보다 유사한 반복 구조를 가지면서도 세포 인식 기능성과 상호 결합 블록들을 포함한다. The core of the elastin fibers of the vascular wall, skin, lungs, or ligament is derived from a single protein called human tropoelastin. The
본 발명의 일실시예에 따른 다중블록 바이오폴리머(100)는 블록 1 내지 6(110 내지 160)을 포함하며, 블록 1 내지 6(110 내지 160)이 n번(n은 1 내지 5,000의 정수) 반복될 수 있다. 블록 1 내지 6(110 내지 160)은 펩타이드 I 내지 VI에서 서로 다른 펩타이드 6개를 선택하여 일렬로 순열된 구조를 가질 수 있다.
펩타이드 I은, 세포 결합 인식 기능을 하는 펩타이드로 (1) Arginine-Glycine-Aspartate(RGD), (2)Arginine-Glycine-Aspartate-Serine(RGDS), (3)질병 유발 미생물의 세포 및 포자 표면 항원에 대한 인식 펩타이드, (4)정상적 또는 비정상적 고등 세포(예를 들면 암 세포)에서 특이적으로 발현되는 세포 표면 항원을 인식하는 펩타이드 중 하나 또는 하나 이상일 수 있다.Peptide I is a peptide that functions as a cell binding recognition function (1) Arginine-Glycine-Aspartate (RGD), (2) Arginine-Glycine-Aspartate-Serine (RGDS), (3) Cell and spore surface antigens of disease-causing microorganisms Recognition peptides for (4) one or more of peptides that recognize cell surface antigens that are specifically expressed in normal or abnormal higher cells (eg cancer cells).
펩타이드 II는 PGX의 구조를 가질 수 있다. P는 L-proline, G는 of glycine, X는 L- 또는 D-proline을 제외한 19개 L- 또는 D-아미노산을 나타낸다. Peptide II may have the structure of PGX. P represents L-proline, G represents glycine, and X represents 19 L- or D-amino acids except L- or D-proline.
펩타이드 III는 PGXX의 구조를, 펩타이드 IV는 PGXXX의 구조를, 펩타이드 V는 PGXGXX의 구조를 가질 수 있다. P, G, X는 펩타이드 II와 동일하다.Peptide III may have the structure of PGXX, peptide IV may have the structure of PGXXX, and peptide V may have the structure of PGXGXX. P, G, and X are identical to peptide II.
펩타이드 VI는 엘라스틴 상호결합 부위 PAAAAKAAKZG 또는 PAAAAKAAAKAG의 구조를 갖는다. Peptide VI has the structure of an elastin interaction site PAAAAKAAKZG or PAAAAKAAAKAG.
블록 1 내지 6(110 내지 160) 각각은 서로 독립적으로 선택되며 펩타이드 I 내지 VI에서 선택된 서로 다른 펩타이드일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 즉, 블록 1(110)은 펩타이드 I 내지 VI 중 하나의 펩타이드이며, 블록 2(120)은 펩타이드 I 내지 VI 중 블록 1(110)으로 선정되지 않은 펩타이드이며, 블록 3(130)은 펩타이드 I 내지 VI 중 블록 1(110) 또는 블록 2(120)로 선정되지 않은 펩타이드이며, 블록 4(140)은 펩타이드 I 내지 VI 중 블록 1(110), 블록 2(120) 또는 블록 3(130)으로 선정되지 않은 펩타이드이며, 블록 5(150)은 펩타이드 I 내지 VI 중 블록 1(110), 블록 2(120), 블록 3(130) 또는 블록 4(140)로 선정되지 않은 펩타이드이며, 블록 6(160)은 펩타이드 I 내지 VI 중 블록 1(110), 블록 2(120), 블록 3(130), 블록 4(140) 또는 블록 5(150)로 선정되지 않은 펩타이드이다. Each of
위에서 설명한 바와 같이 블록 1 내지 6(110 내지 160) 각각은 펩타이드 I 내지 VI 중 서로 독립적으로 선택된 하나일 수 있다. 예를 들어 블록 1 내지 6(110 내지 160) 각각은 I 내지 VI 중 서로 동일할 수 있다. 예를 들어 블록 1(110)과 블록 3(130)이 서로 동일할 수 있다. 이때 블록 1 내지 6(110 내지 160) 중 하나는 세포와 바이오폴리머의 부착력을 증진시키기 위해 세포 부착 펩타이드인 RGD 또는 RGDS를 포함하는 펩타이드 I일 수 있다. 블록 1 내지 6(110 내지 160) 중 하나는 다중블록 바이오 폴리머(100) 상호 결합을 증진시키기 위해서, 인간 트로포 엘라스틴의 결합 부위 PAAAAKAAKZG 또는 PAAAAKAAAKAG를 포함하는 펩타이트 VI일 수 있다. As described above, each of
한편, 일실시예에 따른 다중블록 바이오폴리머(100)는 블록 1 내지 6(110 내지 160)을 포함하는 것으로 설명하였으나 이에 제한되지 않는다. 일실시예에 따른 다중블록 바이오폴리머(100)는 다세포 외벽 단백질에 존재하는 세포 결합 인식 펩타이드인 Arginine-Glycine-Aspartate (RGD) 트리펩타이드 또는 Arginine-Glycine-Aspartate-Serine (RGDS) 테트라펩타이드와 엘라스틴 모방구조의 L-proline을 포함하는 3개, 4개, 5개, 6개 아미노 테트라펩타이드, 펜타펩타이드, 핵사펩타이드 및 엘라스틴 상호결합 부위를 모두 동시에 포함할 수 있다. Meanwhile, the
이와 같이 세포 인식 기능성과 온도 감응성이 부여된 단백질 기반 다중 블럭 바이오폴리머(100)를 제조함으로써 다음과 같은 기능을 실시할 수 있다. As described above, by manufacturing the protein-based
(1) 다중블록 바이오폴리머(100)를 활용하여 질병 유발 병원체(예, 미생물, 바이러스, 식품 독소, 발암 물질, 환경 오염물질 등)를 검출하거나 분리할 수 있다. 예를 들어, 다중블록 바이오폴리머에 질병 유발 병원체를 검출하거나 분리할 수 있는 기제를 결합하고, 다중블록 바이오폴리머 중 일부인 펩타이드 I을 통해 세포 표면 항원을 인식하고 결합하게 할 수 있다. (1) By using the
(2) 다중블록 바이오폴리머(100) 중 일부에 항생제, 항암제, 염증 치료제 등의 합성 의약품과 단백질 의약품들을 결합시키거나 포집시켜 생체 내에 투여한 후, 펩타이드 I과 발병부위를 결합하게 함으로써 약물운반체로 이용할 수 있다. (2) After combining or collecting synthetic drugs and protein drugs such as antibiotics, anticancer drugs, and inflammatory drugs to some of the
(3) 다중블록 바이오폴리머(100)에 화학적 또는 효소학적 방법을 이용하여 단일 바이오폴리머 가닥들을 서로 연결시키는 방법을 통해, 세포 및 조직 배양의 기질로 이용할 수 있다. (3) Through the method of connecting single biopolymer strands to each other using a chemical or enzymatic method to the
(4) 다중블록 바이오폴리머(100) 중 일부에 배양된 세포를 결합시키거나 포집시켜 생체 내에 투여한 후, 펩타이드 I과 생체내의 목표 위치를 결합시켜, 세포를 전달하는 세포 운반체로 이용할 수 있다. (4) After the cultured cells are bound or collected to a part of the
이하 도 2 및 도 3을 참조하여 다중블록 바이오폴리머를 이용한 약물 전달체로 사용하거나 세포 배양 기질 또는 세포 운반체로 사용하는 것을 설명한다.Hereinafter, the use of the drug carrier using the multiblock biopolymer or the cell culture substrate or the cell carrier will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
다중블록 바이오폴리머(100)는 단순 구조가 반복되므로 유전자 조작이 용이하다. 즉 위에서 다중블록 바이오폴리머(100)의 제조방법을 상세히 설명하지 않았으나 일반적인 펩타이드 합성방법에 따라 다중블록 바이오폴리머(100)에 포함되는 블럭들을 순차적으로 결합하므로써 단순 구조가 반복되는 다중블록 바이오폴리머(100)를 제조할 수 있다.The
도 2은 도 1의 다중블록 바이오폴리머를 이용한 약물 전달체이다. FIG. 2 is a drug carrier using the multiblock biopolymer of FIG. 1.
도 2를 참조하면, 다중블록 바이오폴리머를 이용한 약물 전달체(200)은 4개의 다중블록 바이오폴리머 단량체들(200a 내지 200d)가 일렬로 배열되어 서로 연결되어 있다. 이때 다중블록 바이오폴리머 단량체들(200a 내지 200d) 각각은 블록 1 내지 5(210 내지 250)을 포함하고 있다. 특히 블록 1은 발병부위를 결합시키기 위해 전술한 펩타이드 I, 즉 세포 결합 인식 기능을 하는 펩타이드로 (1) Arginine-Glycine-Aspartate(RGD), (2)Arginine-Glycine-Aspartate-Serine(RGDS), (3)질병 유발 미생물의 세포 및 포자 표면 항원에 대한 인식 펩타이드, (4)정상적 또는 비정상적 고등 세포(예를 들면 암 세포)에서 특이적으로 발현되는 세포 표면 항원을 인식하는 펩타이드 중 하나 또는 하나 이상일 수 있다. Referring to FIG. 2, the
다중블록 바이오폴리머 단량체들(200a 내지 200d) 각각의 블록 4(240)은 약물(260)이 결합되어 있다. 약물(260)은 항생제, 항암제, 염증 치료제 등의 합성 의약품과 단백질 의약품들일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이때 다중블록 바이오폴리머 단량체들(200a 내지 200d) 각각의 블록 4(240)은 약물(260)이 결합되어 있는 것을 설명하였으나, 다중블록 바이오폴리머 단량체들(200a 내지 200d) 중 적어도 하나에만 약물이 결합될 수 있고, 블럭 4(240) 이외의 다른 블럭에 약물이 결합되어 있을 수도 있다. 한편, 다중블록 바이오폴리머 단량체들(200a 내지 200d)가 각각 동일한 블록들을 포함하는 것으로 설명하였으나, 다중블록 바이오폴리머 단량체들(200a 내지 200d)의 종류가 동일하지 않거나 순서가 다를 수 있다.Block 4 240 of each of the
도 2를 참조하여 설명한 다중블록 바이오폴리머를 이용한 약물 전달체(200)를 생체 내에 투여한 후, 펩타이드 I과 발병부위를 결합하게 함으로써 약물운반체로 이용할 수 있다. After administering the
도 3은 도 1의 다중블록 바이오폴리머를 이용한 세포 배양 기질 또는 세포 운반체의 모식도이다.3 is a schematic diagram of a cell culture substrate or cell carrier using the multiblock biopolymer of FIG. 1.
도 3을 참조하면, 다중블록 바이오폴리머를 이용한 세포 배양 기질 또는 세포 운반체(300)는 다중블록 바이오폴리머 단량체(300a)가 직렬로 4개가 연결되며 직렬로 연결된 4개의 다중블록 바이오폴리머 단량체(300a)가 병렬로 4개가 연결될 수 있다. Referring to FIG. 3, the cell culture substrate or
이때 다중블록 바이오폴리머 단량체(300a)는 블록 1 내지 5(310 내지 350)을 포함하고 있다. 특히 블록 1(310)은 발병부위를 결합시키기 위해 전술한 펩타이드 I, 즉 세포 결합 인식 기능을 하는 펩타이드로 (1) Arginine-Glycine-Aspartate(RGD), (2)Arginine-Glycine-Aspartate-Serine(RGDS), (3)질병 유발 미생물의 세포 및 포자 표면 항원에 대한 인식 펩타이드, (4)정상적 또는 비정상적 고등 세포(예를 들면 암 세포)에서 특이적으로 발현되는 세포 표면 항원을 인식하는 펩타이드 중 하나 또는 하나 이상일 수 있다. In this case, the
도 3을 참조하여 설명한 다중블록 바이오폴리머를 이용한 세포 배양 기질 또는 세포 운반체(300)를 생체 내에 투여하면, 펩타이드 I이 세포 또는 세포 배양체에 결합하게 되어 세포 배양 기질 또는 세포 운반체로 이용될 수 있다. 즉, 다중블록 바이오폴리머를 이용한 세포 배양 기질 또는 세포 운반체(300)에 배양된 세포를 결합시키거나 포집시켜 생체 내에 투여한 후, 펩타이드 I과 생체내의 목표 위치를 결합시켜, 세포를 전달하는 세포 운반체로 이용할 수 있다.
When the cell culture substrate or the
실험예Experimental Example
20개의 RGD 모티프들이 전체 분자 구조에 균일하게 분산된 TGPG[VGRGD(VGVPG)6]20WPC(이하, " [VGRGD(VGVPG)6]20 "라 함)를 생합성했다. 7개의 펩타이드들 중 하나의 VGRGD가 RGD 밀도를 최대화하기 위해 삽입되었다. 피브로넥틴과 RGD, TGPG(VGVPG)140WPCR(이하, "(VGVPG)140"이라 함)가 없는 것과 비교하여 생물학적 관련성을 평가했다.
Twenty RGD motifs biosynthesized TGPG [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 WPC (hereinafter referred to as "[VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 ") uniformly dispersed throughout the entire molecular structure. VGRGD of one of the seven peptides was inserted to maximize RGD density. Biological relevance was assessed by comparison with fibronectin, RGD, and TGPG (VGVPG) 140 WPCR (hereinafter referred to as "(VGVPG) 140 ").
모노머 유전자 구성(Monomer gene construction and oligomerization)Monomer gene construction and oligomerization
표 1은 EcoRI, NdeI, PflMI, BglI and HinDIII 제한효소 사이트들(restriction enzyme sites)(NEB)을 보유한 VGRGD(VGVPG)6 과 (VGVPG)7 에 대한 올리고뉴클레오티드들의 서열들이다.Table 1 shows the sequences of oligonucleotides for VGRGD (VGVPG) 6 and (VGVPG) 7 with Eco RI, Nde I, Pfl MI, Bgl I and Hin DIII restriction enzyme sites (NEB).
이중 나선 DNA 카세트는 올리고뉴클레오티드들 1 및 2, 3, 4의 혼합물을 5분동안 95℃에서 가열한 후 1 oC/min의 속도로 실온에서 냉각하여 형성되었다. 클로닝 벡터 pUC19 (NEB)는 EcoRI 과 HinDIII, dephosphorylated using CIP (Promega)와 이중적으로 다이제스트되었다. pUC19(linearized pUC19)는 겔 추출 키트(gel extraction kits(QIAGEN))의해 정제된 후 VGRGD(VGVPG)6 유전자의 이중 나선 DNA 카에트에 의해 결찰하였다. 결찰(ligation) 후, E. coli Top 10 셀들(Invitrogen)은 열 충격법(heat shock method)에 의해 그 생성물(ligation product)이 변형되었고, 정확한 인서트를 가진 재결합 플라즈미드(recombinant plasmid with correct insert)를 포함하는 클론이 EcoRI과 PflMI, HinDIII를 사용한 분석 다이제스트에 의해 분리되었다.The double helix DNA cassette was formed by heating a mixture of
[VGRGD(VGVPG)6]n(n = 10, 12, 15, 20)의 유전자들은 VGRGD(VGVPG)6 유전자를 포함하는 플라즈미드로부터 RDL(recursive directional ligation)에 의해 준비되었다. (VGVPG)7 펩타이드와 [(VGVPG)7]n에 대한 유전자들을 구성할 때 동일한 절차가 올리고뉴크레오티드들 3과 4, 5, 6를 사용하여 수행되었다.
[VGRGD (VGVPG) 6 ] Genes of n (n = 10, 12, 15, 20) were prepared by recursive directional ligation (RDL) from plasmids containing VGRGD (VGVPG) 6 genes. The same procedure was performed using
[VGRGD(VGVPG)(VGRGD (VGVPG) 66 ]] nn 과 [(VGVPG) And [(VGVPG) 77 ]] nn 발현 라이브러리들의 구성 Construction of Expression Libraries
두개의 올리고뉴클레오티드들((forward: 5'-T ATGACCGGGCCGGGCTGGCCGTGCTGATA-3'과 reverse: 5'-AGCTTATCAGCACGGCCAGCCCGGCCCGGTCA-3') 가 NdeI과 SfiI, HinDIII 제한 사이트들을 보유하는 이중 DNA를 형성하기 위해 어닐링되었다. 발현 벡터 pET-25b(+)(NEB)가 NdeI과 HinDIII, dephosphorylated using CIP에 의해 다이제스트되었고, pET-25b(+)(linearized pET-25b(+) )가 겔 추출 키트들에 의해 정제되었다. 새로운 발현 벡터 pET-25b(+)-1이 어닐링된 포워드와 리버스 DNA를 pET-25b(+) (linearized pET-25b(+))에 결찰한 후 NdeI와 SfiI, HinDIII를 사용하여 분석적 제한(diagnostic restriction)으로 생성되었다. Two oligonucleotides (forward: 5'-T ATGACCGGGCCGGGCTGGCCGTGCTGATA-3 'and reverse: 5'-AGCTTATCAGCACGGCCAGCCCGGCCCGGTCA-3') were annealed to form double DNA bearing Nde I and Sfi I, Hin DIII restriction sites. Expression vector pET-25b (+) (NEB) was digested by Nde I and Hin DIII, dephosphorylated using CIP, and pET-25b (+) (linearized pET-25b (+)) was purified by gel extraction kits. The new expression vector pET-25b (+)-1 ligated forward and reverse DNA to pET-25b (+) (linearized pET-25b (+)) and then used Nde I, Sfi I, and Hin DIII. Resulting in a diagnostic restriction.
발현된 유전자를 포함하는 pUC19은 [VGRGD(VGVPG)6]n와 [(VGVPG)7]n 라이브러리들로부터 선택되고 PflMI와 BglI에 의해 다이제스트되었다. 유전자 카세트들은 겔 추출 키트들을 사용하여 정제되고 pET-25b(+)-1(linearized pET-25b(+)-1)과 결찰되었다. E. coli Top10 셀들은 혼합물로부터 변형되었고 정확한 인서트를 가진 재결합 플라즈미드(recombinant plasmid with correct insert)를 포함하는 클론이 AvaI, NdeI and XbaI를 사용한 분석 다이제스트와 DNA 시퀀싱에 의해 분리되었다.PUC19 containing the expressed gene was selected from [VGRGD (VGVPG) 6 ] n and [(VGVPG) 7 ] n libraries and digested by Pfl MI and Bgl I. Gene cassettes were purified using gel extraction kits and ligated with pET-25b (+)-1 (linearized pET-25b (+)-1). E. coli Top10 cells were modified from the mixture and clones containing the recombinant plasmid with correct insert were isolated by analytical digest and DNA sequencing using Ava I, Nde I and Xba I.
[VGRGD(VGVPG)6]n 유전자 또는 [(VGVPG)7]n를 포함하는 pET-25b(+)-1가 열 충격볍에 의해 E. coli BLR(DE3)(Novagen) 내로 변환되었다.PET-25b (+)-1 comprising the [VGRGD (VGVPG) 6 ] n gene or [(VGVPG) 7 ] n was converted into E. coli BLR (DE3) (Novagen) by heat shock.
[VGRGD(VGVPG)6]n 과 [(VGVPG)7]n 유전자들이 RDL에 의해 성공적으로 획득되었으며 pET25b(+)-1 발현벡터에 결착되었다. 발현 단백질은 N-과 C-말단에 추가적으로 각각 TGPG 과 WPC 잔기들을 갖는다. [VGRGD (VGVPG) 6 ] n and [(VGVPG) 7 ] n genes were successfully obtained by RDL and bound to the pET25b (+)-1 expression vector. The expression protein has TGPG and WPC residues in addition to the N- and C-terminus, respectively.
[VGRGD(VGVPG)6]n과 (VGVPG)n의 정제량은 각각 1 L 배양체(culture)로부터 27.2과 23.6mg이었다. 모노머/다이머가 존재하는 데(도 4에서 B), 그들의 비율은 [VGRGD(VGVPG)6]20과 (VGVPG)140 각각에 대하여 21 : 79과 28 : 72이었다.
Purification amounts of [VGRGD (VGVPG) 6 ] n and (VGVPG) n were 27.2 and 23.6 mg from 1 L culture, respectively. The presence of monomers / dimers (B in FIG. 4), their ratios were 21:79 and 28:72 for [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 and (VGVPG) 140, respectively.
단백질 정제Protein purification
엘라스티 유사 단백질(Elastin-like protein)이 역상 전환(reversible phase transition)에 의해 E. coli BLR(DE3)로부터 발현 및 정제되었다. 정제된 단백질들은 pH 7.2 PBS(phosphate buffered saline)에서 분리되었고, 정제물은 12% SDS-PAGE gel with Coomassie Blue의 가시화에 의해 분석되었다. SDS-PAGE gel 영상들은 IQuant Capture 350를 사용하여 캡쳐되고 ImageQuant TL 9 (GE Health Care)에 의해 분석되었다. Elastin-like protein was expressed and purified from E. coli BLR (DE3) by reversible phase transition. Purified proteins were isolated in pH 7.2 PBS (phosphate buffered saline) and the purified was analyzed by visualization of 12% SDS-PAGE gel with Coomassie Blue. SDS-PAGE gel images were captured using IQuant Capture 350 and analyzed by ImageQuant TL 9 (GE Health Care).
[VGRGD(VGVPG)6]20 과 (VGVPG)140, 각각에 대한 59,545 and 58,044 Da의 분자량이 계산되었다.
Molecular weights of 59,545 and 58,044 Da for [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 and (VGVPG) 140 , respectively, were calculated.
세포 부착 및 스프레딩, 증식 분석(Cell adhesion, spreading and proliferation assays)Cell adhesion, spreading and proliferation assays
[VGRGD(VGVPG)6]20의 세포 부착 친화력은 천연 피브로넥틴과 유사했다. 비교실험들이 polystyrene(PS)과 (VGVPG)140, [VGRGD(VGVPG)6]20, 천연 피브로넥틴(fibronectin as uncoated)에 대해 수행되었다. PS과 (VGVPG)140 에 대한 상대적인 부착 피브로브라스트들(relative adherent fibroblasts)이 피브로넥틴 상에 남겨진 세포수보다 적어도 10%과 35% 유의미하게 감소되었다.The cell adhesion affinity of [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 was similar to that of natural fibronectin. Comparative experiments were performed on a polystyrene (PS) and (VGVPG) 140, [VGRGD ( VGVPG) 6] 20, natural fibronectin (fibronectin uncoated as). Relative adherent fibroblasts relative to PS and (VGVPG) 140 were significantly reduced at least 10% and 35% less than the number of cells left on fibronectin.
반면에 [VGRGD(VGVPG)6]20은 피브로넥틴에 부착되어 피브로브라스트의 85% 이상이 남겨져, [VGRGD(VGVPG)6]20의 부착성이 (VGVPG)140보다 2.5배 컸다.On the other hand, [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 adhered to fibronectin, leaving more than 85% of the fibroblast, and the adhesion of [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 was 2.5 times greater than (VGVPG) 140 .
세포 스프레딩과 증식은 [VGRGD(VGVPG)6]20에 의해 촉진되었다. 세포 스프레딩과 증식 검사는 각각 HEK293 FB과 N2A NB을 사용하여 수행되었고 스프레딩 인덱스(spreading index, SI)와 BrdU labeling index(BLI)가 측정되었다.Cell spreading and proliferation was promoted by [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 . Cell spreading and proliferation tests were performed using HEK293 FB and N2A NB, respectively, and the spreading index (SI) and BrdU labeling index (BLI) were measured.
PS과 (VGVPG)140 에 대한 대한 HEK293 FB 모폴로지의 관찰은 24 시간 이상 culture에서 검출가능한 스트레팅을 가진 구형 셀들을 나타내지 못했다(도 6의 A의 c와 d).Observation of the HEK293 FB morphology for PS and (VGVPG) 140 did not reveal spherical cells with detectable stratification in culture for more than 24 hours (c and d in FIG. 6A).
(VGVPG)140 은 HEK293 FB 결합을 지지하였으나 부착된 셀의 스프레딩을 유도하지 못했다. 반면에, [VGRGD(VGVPG)6]20과 피브로넥틴 상에 HEK293 FB은 잘 스프레드되면서 평평한 다각형 형상을 나타내었다(도 6의 A의 c와 d). [VGRGD(VGVPG)6]20는 세포 93%가 24시간 내에 스프레드되었고 스프레딩 정도는 피브로넥틴의 95%의 SI와 유사하였다. (VGVPG) 140 is HEK293 FB binding was supported but did not induce spreading of the attached cell. On the other hand, HEK293 FB on [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 and fibronectin showed a flat polygon shape while spreading well (c and d in FIG. 6A). [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 had 93% of cells spread within 24 hours and the extent of spreading was similar to the SI of 95% of fibronectin.
세포 증식 정도는 도 6의 B에 도시한 바와 같이 N2A NB로 BrdU 병합을 측정하므로 측정되었다. BLI의 매우 낮거나 낮은 정도(>5 and 15%)가 PS and (VGVPG) 상에서 배양된 세포들로부터 관찰되었다(도 6의 B의 a와 b). 반대로, [VGRGD(VGVPG)6]20와 피브론(fibrone)의 평균 BrdU 표지 정도(Average BrdU labeling activity)는 각각 57±5% and 51±7%이었다(도 6의 B의 c와 d). 이는 [VGRGD(VGVPG)6]20 가 세포 증식의 활성측면에서 피브로넥틴과 다르지 않다는 것을 의미한다.
The degree of cell proliferation was measured by measuring BrdU incorporation with N2A NB as shown in FIG. 6B. Very low or low levels of BLI (> 5 and 15%) were observed from cells cultured on PS and (VGVPG) (a and b in FIG. 6B). In contrast, average BrdU labeling activity of [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 and fibrone was 57 ± 5% and 51 ± 7%, respectively (c and d in FIG. 6B). This means that [VGRGD (VGVPG) 6 ] 20 is not different from fibronectin in terms of activity of cell proliferation.
이상 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Embodiments have been described above with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
본 발명은 자연계에 존재하는 인간 트로포틴엘라스틴의 모방 펩타이드를 기반으로 한 다중블록 바이오폴리머들과 이들 바이오폴리머 구조를 지정하는 유전자, 바이오폴리머의 생산 정제, 바이오폴리머를 항생제, 항암제, 세포 치료제 등을 포함하는 약물의 전달체 및 조직공학용 기질로 사용될 수 있다. The present invention relates to multiblock biopolymers based on mimetic peptides of human tropotin elastin in nature, genes that designate these biopolymer structures, production and purification of biopolymers, biopolymers to antibiotics, anticancer agents, and cell therapeutics. It can be used as a carrier of the drug containing and the substrate for tissue engineering.
위 실시예 및 실험예에서, 일렬로 연결된 6개의 블록들이 n개(n은 1 내지 5,000의 정수) 반복된 다중블록 바이오폴리머를 설명하고 일렬로 연결된 2개의 블록들이 20개 반복되는 다중블록 바이오폴리머를 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 일렬로 연결된 m개의 블록들이 n개(n은 1 내지 5,000의 정수) 반복되는 다중블록 바이오폴리머도 위 실시예 및 실험예와 동일 또는 실질적으로 동일한 구조 및 물리화학적 성질, 실험결과를 제공할 수 있다. In the above examples and experimental examples, a multiblock biopolymer is described in which six blocks in a row are repeated n (n is an integer of 1 to 5,000) and the two blocks in a row are 20 repeats. Although described, the present invention is not limited thereto. For example, a multiblock biopolymer in which m blocks in a line are repeated n n (n is an integer of 1 to 5,000) may have the same or substantially the same structural and physicochemical properties as the above Examples and Experimental Examples. Can provide.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Accordingly, the embodiments disclosed herein are intended to be illustrative rather than limiting, and the spirit and scope of the present invention are not limited by these embodiments.
본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all the technologies within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
Claims (9)
세포 표면 항원을 인식하는 기능을 하는 펩타이드 I는 세포 부착 펩타이드인 Arginine-Glycine-Aspartate (RDG) 또는 Arginine-Glycine-Aspartate-Serine(RGDS) 중 하나 또는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다중블록 바이오폴리머.The method of claim 1,
Peptide I, which functions to recognize cell surface antigens, is a multi-block biopolymer, characterized in that one or more of cell attachment peptides Arginine-Glycine-Aspartate (RDG) or Arginine-Glycine-Aspartate-Serine (RGDS).
다중블록 바이오폴리머의 상호 결합 증진 기능을 하는 펩타이드 VI는 인간 트로포 엘라스틴의 결합 부위 PAAAAKAAKZG 또는 PAAAAKAAAKAG을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중블록 바이오폴리머.The method of claim 1,
Peptide VI, which functions to promote cross-linking of the multiblock biopolymer, comprises a binding site PAAAAKAAKZG or PAAAAKAAAKAG of human tropo elastin.
상기 m개의 불록들은 상기 펩타이드 I 내지 VI에서 서로 다른 펩타이드를 선택한 것을 특징으로 하는 다중 불록 바이오폴리머.The method of claim 1,
Wherein said m blocks are selected from different peptides from peptides I to VI.
상기 m개는 2개 내지 6개인 것을 특징으로 하는 다중블록 바이오폴리머. The method of claim 1,
The m is a multi-block biopolymer, characterized in that two to six.
상기 다중블록 바이오폴리머 중 세포 표면 항원을 인식하고 결합 능력을 가진 펩타이드 I을 이용하여, 질병 유발 병원체를 검출하거나 분리하는 기능을 가진 것을 특징으로 하는 다중블록 바이오폴리머.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The multiblock biopolymer having a function of detecting or isolating a disease-causing pathogen by using a peptide I that recognizes a cell surface antigen and binds to the multiblock biopolymer.
상기 다중블록 바이오폴리머 중 일부에 약물 또는 항암제가 결합하고, 발병 부위에 전달되어 약물 전달체로서 작용하는 것을 특징으로 하는 다중블록 바이오폴리머.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
A multiblock biopolymer, characterized in that a drug or anticancer agent binds to a part of the multiblock biopolymer, and is delivered to a site of onset to act as a drug carrier.
화학적 또는 효소학적 방법을 이용하여 단일 바이오폴리머 가닥들을 다중블록 바이오폴리머에 서로 연결시켜 세포 및 조직 배양의 기질로 사용하는 것을 특징으로 하는 다중블록 바이오폴리머. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
A multiblock biopolymer, characterized in that a single biopolymer strand is linked to a multiblock biopolymer using a chemical or enzymatic method and used as a substrate for cell and tissue culture.
상기 다중블록 바이오폴리머 중 일부에 배양된 특정 세포를 결합하고, 생체 내 목표 위치에 이동시키는 세포 운반체로서의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 다중블록 바이오폴리머.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
A multiblock biopolymer, which functions as a cell carrier for binding specific cells cultured to some of the multiblock biopolymers and moving them to a target position in vivo.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2808342A1 (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-03 | Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology | Medium for in-vitro toxicity testing and in-vitro toxicity test method using the same |
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- 2010-05-27 KR KR1020100049839A patent/KR20110130274A/en not_active Application Discontinuation
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EP2808342A1 (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-03 | Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology | Medium for in-vitro toxicity testing and in-vitro toxicity test method using the same |
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