KR20130091818A - Neurogenesis of mesenchymal stem cells on thermo sensitive hydrogel and composition for neural differentiation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Neuronal differentiation of the mesenchyme stem cells is provided to be simply induced by using culture medium of the suitable composition and increase the mesenchyme stem cells without affecting the induction of being developed into the nerve cell. CONSTITUTION: Thermo-sensitivity supporter for the neural cell differentiation of the mesenchyme stem cell comprises a cell culture substrate; and thermo-sensitivity hydrogel which coated on the cell culture substrate. An obtaining method of nerve cell using the thermo-sensitivity hydrogel comprises a step of leading the thermo-sensitivity hydrogel as gel; a step of sowing the mesenchyme stem cells to the thermo-sensitivity hydrogel and developing it into neural progenitor cell; and a step of inducing the neural progenitor cell to the nerve cell. Composition for treatment of neurological disease comprises thermo-sensitivity hydrogel and nerve cell obtained by the attaining method.

Description

온도감응성 하이드로젤 내에서의 중간엽 줄기세포의 신경분화 및 신경분화용 조성물{neurogenesis of mesenchymal stem cells on thermo sensitive hydrogel and composition for neural differentiation}Neuronal differentiation of mesenchymal stem cells on thermo sensitive hydrogel and composition for neural differentiation

본 발명은 온도 감응성 하이드로젤 내에서의 중간엽 줄기세포의 신경분화 유도 및, 신경세포로의 분화 유도에 필요한 신경분화용 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 온도감응성 하이드로젤에서 중간엽 줄기세포의 배양과 신경세포로의 분화 유도를 통하여 주사제형 세포전달체를 제공하기 위한 것이다.
The present invention relates to a neural differentiation composition necessary for inducing neuronal differentiation of mesenchymal stem cells in a temperature sensitive hydrogel and inducing differentiation into neurons. More specifically, the present invention provides an injection-type cell transporter through culturing mesenchymal stem cells and inducing differentiation into neurons in a temperature sensitive hydrogel.

퇴행성 신경계 질환이란 근본적인 원인을 알 수 없어 완치가 되지 않는 신경계 질환을 의미한다. 대표적인 퇴행성 신경계 질환으로는 알츠하이머병과 파킨슨병 등이 있다. 알츠하이머병은 아밀로이드 단백질이 뇌세포에 쌓여 발생하는 질환으로 세계적으로 2700만 명의 환자가 있고, 그 원인은 밝혀지지 않고 있다. 또한 파킨슨병은 중뇌 흑핵(substantia nigra)에 있는 도파민 분비 세포(dopaminergic neuron)가 망가져 도파민이 분비되지 않아 발생하는 퇴행성 신경계 질환으로 요즘 급증하고 있는 추세이며, 이에 따라 도파민성 신경세포로의 분화에 대한 연구도 많이 진행되고 있다. 이외에도 뇌졸중, 산업 재해 및 교통사고에 의한 중추신경계 질환에 의해 퇴행성 신경계 질환이 발생하고 있다. 최근 이러한 퇴행성 신경계 질환의 치료법으로 줄기세포의 응용 가능성이 대두되었다.Degenerative neurological disease means a neurological disease that cannot be cured because the underlying cause is unknown. Representative degenerative neurological diseases include Alzheimer's disease and Parkinson's disease. Alzheimer's disease is a disease caused by the accumulation of amyloid protein in brain cells, and there are 27 million patients worldwide. The cause is unknown. In addition, Parkinson's disease is a degenerative neurological disease caused by the breakdown of dopaminergic neurons in the substantia nigra (substantia nigra). There is also a lot of research going on. In addition, degenerative nervous system diseases are caused by central nervous system diseases caused by stroke, industrial accidents and traffic accidents. Recently, the application of stem cells has emerged as a treatment for such degenerative neurological diseases.

줄기세포란 미분화 상태로 계속 복제되고 특정 배양 조건에서 특정 세포로 분화가 가능한 세포를 말하며 배아줄기세포와 성체줄기세포로 구분된다. 배아줄기세포는 무한한 분화능력을 가지나 윤리적 문제와 배아줄기세포를 이식했을 때 종양이 형성될 수 있는 위험이 있고, 성체줄기세포는 성숙된 조직에 존재하는 줄기세포로, 배아줄기세포에 비하여 제한된 분화능력을 가지나 안전성이 높다. Stem cells are cells that continue to replicate in an undifferentiated state and can differentiate into specific cells under specific culture conditions, and are classified into embryonic stem cells and adult stem cells. Embryonic stem cells have infinite differentiation capacity, but there are ethical issues and risks of tumor formation when embryonic stem cells are transplanted. Adult stem cells are stem cells that exist in mature tissues. Has the ability but high safety.

퇴행성 신경계 질환에 사용되는 성체줄기세포로는 대표적으로 신경유래 줄기세포가 존재한다. 그러나 신경유래 줄기세포는 뇌의 특정 부위에만 존재하며, 다량의 동질 세포를 얻기 어렵다. 이에 반해 성체줄기세포의 한 종류인 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells, MSC)는 간단한 방법에 의해 다량의 동질 세포를 얻기 쉽고, 외부 환경에 의해 일반적으로 연골세포, 지방세포, 및 근육세포 등의 중간엽성의 세포로만 분화가 일어난다고 알려져 있었으나 2000년 Woodbury에 의해 중간엽성 세포가 아닌 신경세포로의 분화 유도에 성공하면서 중간엽 줄기세포를 이용한 퇴행성 신경계 질환의 치료에 대한 관심이 급증하였다. Adult stem cells used in degenerative nervous system diseases typically include neuronal stem cells. However, neuron-derived stem cells exist only in certain parts of the brain, and it is difficult to obtain large amounts of homogeneous cells. On the other hand, mesenchymal stem cells (MSCs), a kind of adult stem cells, are easy to obtain a large amount of homogenous cells by a simple method, and generally by cartilage cells, adipocytes, muscle cells, etc. Differentiation into mesenchymal cells was known to occur, but Woodbury succeeded in inducing differentiation into neurons rather than mesenchymal cells in 2000, and interest in treating degenerative neurological diseases using mesenchymal stem cells increased rapidly.

상기 퇴행성 신경계 질환의 치료에 사용되는 신경세포로 분화 유도된 중간엽 줄기세포를 특정 부위로 전달하기 위해서는 세포전달기술을 필요로 한다. 퇴행성 신경계 질환에서의 세포전달기술이란 신경전구세포, 성체줄기세포, 배아줄기세포 등의 미분화 줄기세포를 신경세포로의 분화를 유도하여 신경 손상 부위로 신경세포로 분화 유도된 줄기세포를 전달하는 기술을 의미한다. 기존의 세포전달기술은 손상 부위에 분화 유도된 줄기세포를 직접적으로 주입하거나, 지지체를 이용해 세포를 전달하는데 기반을 두고 있으나 이는 외과적인 수술을 필요로 한다.
In order to deliver differentiation-induced mesenchymal stem cells into neurons used in the treatment of degenerative neurological diseases to specific sites, cell delivery technology is required. Cell transfer technology in degenerative neurological diseases is the technique of inducing differentiation of undifferentiated stem cells such as neural progenitor cells, adult stem cells, and embryonic stem cells into neurons, and delivering stem cells induced to differentiation into nerve cells to nerve damage sites. Means. Conventional cell transfer technology is based on direct injection of differentiation-induced stem cells at the site of injury or delivery of cells using a scaffold, but this requires surgical surgery.

온도감응성 하이드로젤은 온도의 변화에 따라 용해도의 갑작스러운 변화를 보이는 고분자로써, 상온에서는 졸 상태로 존재하고 인체온도 부근에서는 젤을 형성함으로써 외과적인 수술 없이 주사제형으로 사용이 가능한 지능형 하이드로젤이다. 상기 온도감응성 하이드로젤을 세포전달기술에 적용하게 되면 외과적인 수술 없이 신경분화 유도된 세포를 주사제형으로서 손상 부위로 전달할 수 있게 된다.Temperature sensitive hydrogel is a polymer that shows a sudden change in solubility according to temperature change. It is an intelligent hydrogel that can be used as an injection without surgical operation by being in a sol state at room temperature and forming a gel near human temperature. Application of the temperature-sensitive hydrogel to cell delivery technology allows neuron differentiation-induced cells to be delivered to the site of injury as an injection without surgical intervention.

이에 본 발명자들은 중간엽 줄기세포를 이용하여 효율적으로 신경세포로의 분화 방법을 발견하였고, 신경세포로 분화 유도된 줄기세포들의 전달체로 사용하기 위한 온도감응성 하이드로젤 내에서 줄기세포의 배양 및 신경세포로의 분화를 유도를 통하여 본 발명을 완성하였다.
The present inventors have found a method for efficiently differentiating neurons into mesenchymal stem cells, and culturing and culturing stem cells in a temperature-sensitive hydrogel for use as a carrier of stem cells induced differentiation into neurons. The present invention was completed through induction of differentiation.

본 발명의 목적은 온도감응성 하이드로젤에서 중간엽 줄기세포의 배양 및 신경세포로의 분화 유도를 효과적으로 진행하여 신경세포를 외과적인 수술없이 손상 부위로 전달하기 위한 주사제를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of preparing an injection for delivering neurons to an injury site without surgical operation by effectively inducing the culture of mesenchymal stem cells and inducing differentiation into neurons in a temperature sensitive hydrogel.

이에 따라 본 발명에서는 온도감응성 하이드로젤 내에서 중간엽 줄기세포의 증식이 잘 일어나고 신경세포로의 분화 유도에 대한 영향이 없으며, 따라서 세포전달기술의 주사제형 전달체로서 온도감응성 하이드로젤을 사용할 수 있다는 것을 보여주고자 한다.
Accordingly, in the present invention, the proliferation of mesenchymal stem cells in the temperature-sensitive hydrogel occurs well and there is no influence on the induction of differentiation into neurons. Therefore, it is possible to use the temperature-sensitive hydrogel as an injection delivery vehicle of cell delivery technology. I want to show

상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로서, As means for solving the above problem,

본 발명은 세포배양 기판; 및 상기 세포배양 기판에 도포되어 젤화된 온도감응성 하이드로젤;을 포함하여 이루어진 중간엽 줄기세포의 신경세포 분화 유도 용도의 온도 감응성 지지체를 제공한다. 상기 온도감응성 하이드로젤은 상온에서 졸 상태이며, 30℃ 이상에서 젤화될 수 있다.The present invention cell culture substrate; It provides a temperature-sensitive support for the purpose of inducing neuronal differentiation of mesenchymal stem cells comprising a; and gelled temperature-sensitive hydrogel applied to the cell culture substrate. The temperature sensitive hydrogel is in a sol state at room temperature, and may be gelated at 30 ° C. or higher.

본 발명은 또한, 온도감응성 하이드로젤을 분주하여 젤화하는 단계; 상기 온도감응성 하이드로젤에 중간엽 줄기세포를 파종하고 신경전구세포로의 분화를 유도하는 단계; 및 신경전구세포를 신경세포로 유도하는 단계;를 포함하여 이루어진 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법을 제공한다. 상기 중간엽 줄기세포는 골수, 근육 또는 지방 유래일 수 있다.The present invention also comprises the steps of dispensing and gelling the temperature-sensitive hydrogel; Seeding the mesenchymal stem cells on the temperature sensitive hydrogel and inducing differentiation into neural progenitor cells; It provides a method for obtaining neurons using a temperature-sensitive hydrogel comprising a; and inducing the neural precursor cells to neurons. The mesenchymal stem cells may be derived from bone marrow, muscle or fat.

상기 신경전구세포로의 분화를 유도하는 단계는 염기성 섬유아세포 증식인자 (basic fibroblast growth factor, bFGF), 혈소판 유래 증식인자 (platelet-derived growth factor, PDGF), 색소 상피성 인자 (pigment epithelium derived factor, PEDF), 뇌유래신경성장인자 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF), 인슐린 유사생장인자 (insulin-like growth factor-1, IGF-1), 상피세포 증식인자 (epidermal growth factor, EGF), 신경 증식인자 (nerve growth factor, NGF) 및 기타 향신경성 물질(neurotrophic factors) 중에서 적어도 하나 이상 선택되어 증식인자로 이용되어 중간엽 줄기세포를 신경전구세포로 유도할 수 있다.Inducing differentiation into neural progenitor cells includes basic fibroblast growth factor (bFGF), platelet-derived growth factor (PDGF), pigment epithelium derived factor, PEDF), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor-1 (IGF-1), epidermal growth factor (EGF), neuronal proliferation At least one or more of a growth factor (NGF) and other neurotrophic factors may be selected and used as a growth factor to induce mesenchymal stem cells to neuronal progenitor cells.

상기 증식인자 처리시에 혈청을 함유할 수 있으며, 신경전구세포를 신경세포로 유도하는 단계는 발프론산을 이용하여 신경전구세포를 신경세포로 분화시킬 수 있다. 발프론산의 농도는 0.5 ~ 4 mmol/L, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 2 mmol/L일 수 있다. Serum may be contained in the growth factor treatment, and the step of inducing the neural progenitor cells into the neural cells may differentiate the neural progenitor cells into the neural cells using valonic acid. The concentration of valonic acid may be 0.5-4 mmol / L, more preferably 0.5-2 mmol / L.

상기 발프론산의 처리 뒤에 염화포타슘 10~40 mmol/L, 인슐린 1~10 μg/mL, 포스콜린 1~30 μmol/L, 하이드로코티존 0.1~5 μmol/L를 첨가할 수 있다. After the treatment of valonic acid, potassium chloride 10-40 mmol / L, insulin 1-10 μg / mL, forskolin 1-30 μmol / L, hydrocortisone 0.1-5 μmol / L may be added.

상기 온도감응성 하이드로젤은 플루로닉 (Poly(ethylen oxide)poly(propylene oxide)poly(ethylene oxide), Pluronic), 폴리카프로락톤 (PCL), 메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤 (MPEG-PCL), 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리락타이드) (MPEG-(PCL-co-PLLA)), 카복시메틸셀룰로오스 (CMC), 알긴, 알긴산 또는 알지네이트, 폴리펩타이드 또는 단백질, 젤라틴 또는 카세인, 키틴 유도체 및 키토산 중에서 선택된 1종 또는 2개 이상이 포함되어 제조될 수 있다.
The temperature sensitive hydrogel is Pluronic (Poly (ethylen oxide) poly (propylene oxide) poly (ethylene oxide), Pluronic), polycaprolactone (PCL), methoxy polyethylene glycol-polycaprolactone (MPEG-PCL), Methoxypolyethyleneglycol- (polycaprolactone-co-polylactide) (MPEG- (PCL-co-PLLA)), carboxymethylcellulose (CMC), algin, alginic acid or alginate, polypeptide or protein, gelatin or casein, One or two or more selected from chitin derivatives and chitosan may be included.

본 발명은 또한, 젤화된 온도감응성 하이드로젤에 중간엽 줄기세포를 파종하여 신경전구세포로 분화시킨 후 신경세포로 유도하는 단계; 온도감응성 하이드로젤을 졸화시키는 단계; 및 상기 얻어진 신경세포와 졸화된 온도감응성 하이드로젤을 포함하는 주사제를 얻는 단계;를 포함하여 이루어진, 신경세포 함유 온도감응성 하이드로젤 주사제의 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of seeding the mesenchymal stem cells in the gelled temperature sensitive hydrogel to differentiate into neural progenitor cells and induction into neurons; Solvating the temperature sensitive hydrogel; It provides a method for producing a neuron-containing temperature-sensitive hydrogel injection comprising a; and obtaining an injection comprising the obtained neuron and the temperature-sensitive hydrogel.

본 발명은 또한, 상기의 수득방법으로 수득된 신경세포와 온도감응성 하이드로젤을 포함하여 이루어진 신경질환 치료용 조성물을 제공한다. 상기 신경 질환은 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌졸중 및 척수 손상에 의한 중추신경계 질환 중 어느 하나일 수 있다.
The present invention also provides a composition for treating neurological diseases comprising a neuron and a temperature sensitive hydrogel obtained by the above obtaining method. The neurological disease may be any one of central nervous system diseases caused by Alzheimer's disease, Parkinson's disease, stroke and spinal cord injury.

본 발명에 따른 중간엽 줄기세포의 신경분화는 그에 적합한 조성의 배지를 이용하여 비교적 간단히 유도할 수 있었고, 온도감응성 하이드로젤에서의 중간엽 줄기세포의 배양 및 신경분화 유도를 통해 온도감응성 하이드로젤내에서도 중간엽 줄기세포의 증식이 일어나고 신경세포로 분화 유도에 영향을 끼치지 않으며, 또한 온도감응성 하이드로젤은 신경분화 유도된 중간엽 줄기세포의 세포전달체로서 외과적인 수술 없이 주사제형으로 세포를 주입하는데 사용될 수 있다는 장점이 있다.
Neuronal differentiation of mesenchymal stem cells according to the present invention could be induced relatively simply using a medium having a suitable composition, and even in a temperature sensitive hydrogel through induction of neuronal mesenchymal stem cells in a temperature sensitive hydrogel and induction of neuronal differentiation. Proliferation of mesenchymal stem cells occurs and does not affect the induction of differentiation into neurons, and thermosensitive hydrogel is a neurotransmitter of neuronal differentiation-induced mesenchymal stem cells, which can be used to inject cells in injection form without surgery. There is an advantage that it can.

도 1은 본 발명에 따른 신경분화 유도의 과정을 나타낸 그림이다.
도 2는 실험예 1을 실시한 후, 제조된 키토산 하이드로젤의 온도에 따른 상전이 거동을 보여주는 이미지이다.
도 3은 실험예 2를 실시한 후, 키토산 하이드로젤의 점도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실험예 3을 실시한 후, (a) DMEM 배지, (b) 염기성 섬유아세포 증식인자를 포함한 DMEM 배지, 그리고 (c) 염기성 섬유아세포 증식인자 및 우태아혈청을 포함한 DMEM 배지에서의 중간엽 줄기세포의 몰폴로지 변화를 나타내는 이미지이다.
도 5는 실험예 4를 실시한 후, (a) 증식인자와 발프론산을 처리하지 않은 군, 그리고 발프론산 (b) 0.5 mmol/L, (c) 1 mmol/L, (d) 2 mmol/L, (e) 4 mmol/L에 의한 (1)1 일, (2) 4 일, (3) 7 일에서의 중간엽 줄기세포의 몰폴로지 변화를 나타내는 이미지이다.
도 6은 실험예 5를 실시한 후, 발프론산의 농도에 따른 중간엽 줄기세포의 세포독성 평가의 결과를 나타내는 그래프이다(*P<0.05).
도 7은 실험예 6을 실시한 후, 1 mmol/L의 발프론산에 의한 중간엽 줄기세포의 몰폴로지 변화를 관찰한 이미지이다. (a, b) 증식인자와 발프론산을 처리하지 않은 군, 그리고 (c, d) 발프론산에 의한 (1)1 일, (2) 4 일, (3) 7 일에서의 중간엽 줄기세포의 몰폴로지 변화를 (a, c) 40배, (b, d) 100배로 관찰한 이미지이다.
도 8은 실험예 7을 실시한 후, 웰플레이트 및 키토산 하이드로젤에서의 세포독성 평가의 결과를 나타낸 그래프이다(*P<0.001).
도 9는 비교예 3을 실시한 후, 키토산 하이드로젤의 (a) 표면과 (b) 내부의 몰폴로지를 보여주는 이미지이다.
도 10은 실험예 8을 실시한 후, 키토산 하이드로젤 내에서 증식 및 분화된 중간엽 세포를 (a) ~ (d) 300배, (e) ~ (g) 200배의 배율로 관찰한 이미지이다.
도 11은 실험예 9를 실시한 후, 키토산 하이드로젤 표면에서의 세포 부착을 초록 형광을 통하여 관찰한 이미지이다.
도 12는 실험예 9를 실시한 후, 키토산 하이드로젤 표면에서의 세포 부착을 공초점 레이저 현미경을 이용하여 관찰한 이미지이다.
도 13는 실험예 10을 실시한 후, 웨스턴 블로팅을 통한 단백질 밴드를 나타낸 이미지이다.
도 14는 실험예 10을 실시한 후, 각 항체에 대한 단백질 밴드를 β-actin 대비 발현량을 계산한 뒤 각 군의 발현량을 대조군 대비 발현량으로 나누어 수치화 한 그래프이다(*P<0.05, **P<0.01).
도 15는 실시예 8의 방법으로 주사제형으로 제조하는 과정을 나타내는 모식도이다.
1 is a diagram showing a process of inducing neuronal differentiation according to the present invention.
Figure 2 is an image showing the phase change behavior according to the temperature of the prepared chitosan hydrogel after performing Experimental Example 1.
3 is a graph showing the result of measuring the viscosity of chitosan hydrogel after performing Experimental Example 2. FIG.
4 shows the mesenchyme in DMEM medium containing (a) DMEM medium, (b) DMEM medium containing basic fibroblast growth factor, and (c) basic fibroblast growth factor and fetal calf serum after performing Experimental Example 3. It is an image showing the morphology change of stem cells.
Figure 5 is carried out after Experiment 4, (a) the growth factor and the group was not treated with valphonic acid, and valonic acid (b) 0.5 mmol / L, (c) 1 mmol / L, (d) 2 mmol / L, (e) Image showing morphology change of mesenchymal stem cells at (1) 1 day, (2) 4 day, and (3) 7 day by 4 mmol / L.
6 is a graph showing the results of cytotoxicity evaluation of mesenchymal stem cells according to the concentration of valonic acid after performing Experimental Example 5 (* P <0.05).
7 is an image observing the morphology change of mesenchymal stem cells by 1 mmol / L of valonic acid after performing Experimental Example 6. (a, b) mesenchymal stems at (1) 1 day, (2) 4 day, (3) 7 days by the proliferative factor and the valonic acid-free group, and (c, d) valonic acid The morphological changes of the cells were observed at (a, c) 40 times and (b, d) 100 times.
8 is a graph showing the results of cytotoxicity evaluation in well plates and chitosan hydrogels after Experimental Example 7 (* P <0.001).
9 is an image showing the morphology of (a) the surface and (b) the inside of the chitosan hydrogel after performing Comparative Example 3.
10 is an image of the mesenchymal cells proliferated and differentiated in the chitosan hydrogel after performing Experimental Example 8 at a magnification of (a) to (d) 300 times and (e) to (g) 200 times.
11 is an image of the cell adhesion on the surface of the chitosan hydrogel after the experiment example 9 was observed through green fluorescence.
12 is an image observed after the experiment example 9, the cell adhesion on the surface of the chitosan hydrogel using a confocal laser microscope.
13 is an image showing a protein band through Western blotting after performing Experimental Example 10.
14 is a graph obtained by performing Experimental Example 10, calculating the protein bands for each antibody compared with β-actin, and quantifying the expression levels of each group by the expression levels compared to the control group (* P <0.05, * * P <0.01).
FIG. 15 is a schematic view showing a process for preparing an injection by the method of Example 8.

이하, 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기의 설명은 본 발명의 구체적 일례에 대한 것이므로, 비록 단정적, 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples. Although the following description relates to a specific example of the present invention, even if there is a definite and definite expression, the scope of the right defined by the claims is not limited.

본 발명은 일실시예로서, 온도 감응성 하이드로젤에서 이루어진 중간엽 줄기세포의 신경세포 분화 유도 용도의 주사제형 세포전달체를 제공한다. 구체적 일례로서, 세포배양 기판, 및 상기 세포배양 기판에 도포되어 젤화된 온도감응성 하이드로젤;을 포함하여 이루어진 중간엽 줄기세포의 신경세포 분화 유도 용도의 온도 감응성 지지체를 제공한다. 온도 감응성 하이드로젤은 온도의 변화에 따라 갑작스러운 변화를 보이는 고분자로써, 일례로서 상온에서는 졸 상태로 존재하고 인체온도 부근에서는 젤을 형성하는 것이 존재한다. 이러한 온도 감응성 하이드로젤은 외과적인 수술 없이 주사제형으로 사용할 수 있다. 상기 중간엽 줄기세포는 골수, 근육 또는 지방 유래인 것을 사용할 수 있다.In one embodiment, the present invention provides an injection-type cell carrier for inducing neuronal differentiation of mesenchymal stem cells made in a temperature sensitive hydrogel. As a specific example, it provides a temperature-sensitive support for the purpose of inducing neuronal differentiation of mesenchymal stem cells comprising a cell culture substrate, and gelled temperature sensitive hydrogel applied to the cell culture substrate. Temperature-sensitive hydrogel is a polymer that shows a sudden change with the change of temperature. For example, a temperature-sensitive hydrogel exists in a sol state at room temperature and forms a gel near human body temperature. Such temperature sensitive hydrogels can be used in the form of injections without surgical intervention. The mesenchymal stem cells may be derived from bone marrow, muscle or fat.

줄기세포를 배양 및 신경세포로 분화시키고, 이후에 온도 감응성 하이드로젤과 혼합하여 주사제를 만드는 것은 첫째, 신경세포를 떼어내서 분리해야 하며, 온도 감응성 하이드로젤과 혼합해야 되는 불편함이 있고, 둘째, 분화된 신경세포가 배양 및 분화시의 환경과는 다른 갑작스런 환경에 노출되는 문제점이 있어 바람직하지 않다. Differentiating stem cells into cultures and neurons, and then mixing them with temperature-sensitive hydrogels to make injections, firstly, is inconvenient to separate and separate neurons and mix them with temperature-sensitive hydrogels. Differentiated neurons are not preferred because they have a problem of being exposed to a sudden environment different from that of culture and differentiation.

본 발명에서는 온도 감응성 하이드로젤을 적용하여, 하이드로젤에 줄기세포를 직접 파종하고 배양, 분화시킴으로써 상기의 문제점을 해결하였다.In the present invention, by applying a temperature-sensitive hydrogel, the above problems were solved by directly seeding, culturing and differentiating stem cells in the hydrogel.

상기 온도감응성 하이드로젤은 상온에서 졸 상태이며, 30℃ 이상에서 젤화되는 것을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 37℃ 내외의 체온에서 젤화되는 특성을 갖고, 생체 적합성을 갖고 생분해될 수 있는 재료라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 일례로, 플루로닉 (Poly(ethylen oxide)poly(propylene oxide)poly(ethylene oxide), Pluronic), 폴리카프로락톤 (PCL), 메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤 (MPEG-PCL), 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리락타이드) (MPEG-(PCL-co-PLLA)), 카복시메틸셀룰로오스 (CMC), 알긴, 알긴산 또는 알지네이트, 폴리펩타이드 또는 단백질, 젤라틴 또는 카세인, 키틴 유도체 및 키토산 중에서 선택된 1종 이상이 포함되어 제조되는 것이 좋다. 상기 고분자를 인산완충용액 등에 넣어 하이드로젤로 제조할 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니며, 고분자의 종류에 따라 다양한 제조 방법을 이용할 수 있다.
The temperature-sensitive hydrogel is a sol state at room temperature, it can be used that gelled at 30 ℃ or more, more preferably has a property that is gelled at a body temperature of about 37 ℃, biodegradable and biodegradable material is limited Can be used without it. For example, Pluronic (Poly (ethylen oxide) poly (propylene oxide) poly (ethylene oxide), Pluronic), polycaprolactone (PCL), methoxypolyethylene glycol-polycaprolactone (MPEG-PCL), methoxypolyethylene Glycol- (polycaprolactone-co-polylactide) (MPEG- (PCL-co-PLLA)), carboxymethylcellulose (CMC), algin, alginic acid or alginate, polypeptide or protein, gelatin or casein, chitin derivatives and At least one selected from chitosan is preferably included. The polymer may be added to a phosphate buffer solution or the like to be prepared as a hydrogel, but is not limited thereto. Various preparation methods may be used according to the type of the polymer.

본 발명의 또 다른 일실시예로서, 온도감응성 하이드로젤을 분주하여 젤화하는 단계, 상기 온도감응성 하이드로젤에 중간엽 줄기세포를 파종하고 신경전구세포로의 분화를 유도하는 단계, 및 신경전구세포를 신경세포로 유도하는 단계를 포함한다. 본 발명자는 온도감응성 하이드로젤에서 중간엽 줄기세포의 배양 및 신경세포로의 분화를 통해 온도감응성 하이드로젤에서 줄기세포의 증식이 가능하며 신경세포로의 분화 유도에도 영향을 끼치지 않으며, 세포전달체로서 온도감응성 하이드로젤이 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다.
In another embodiment of the present invention, the step of dispensing and gelling the temperature-sensitive hydrogel, sowing the mesenchymal stem cells to the temperature-sensitive hydrogel and induce differentiation into neuronal precursor cells, and neuronal precursor cells Inducing into neurons. The present invention enables the proliferation of stem cells in the temperature sensitive hydrogel through the culture of the mesenchymal stem cells and differentiation into the neurons in the temperature sensitive hydrogel, and does not affect the induction of differentiation into the neurons. It has been found that temperature sensitive hydrogels can be usefully used.

먼저, 온도감응성 하이드로젤을 분주하여 젤화한다. 온도 감응성 하이드로젤에 관하여 설명한 내용을 전용하고 설명을 생략한다.
First, the thermosensitive hydrogel is dispensed and gelled. Dedicated descriptions of temperature sensitive hydrogels are omitted.

다음, 상기 온도감응성 하이드로젤에 중간엽 줄기세포를 파종하고 신경전구세포로의 분화를 유도한다. 신경전구세포로의 분화를 유도하는 단계는 증식인자를 이용하여 중간엽 줄기세포를 먼저 신경전구세포로 유도하는 것을 특징으로 한다. Next, the mesenchymal stem cells are sown on the temperature sensitive hydrogel to induce differentiation into neural progenitor cells. Inducing differentiation into neural progenitor cells is characterized in that mesenchymal stem cells are first induced into neural progenitor cells using proliferation factors.

한편, 중간엽 줄기세포를 신경전구세포로 분화시키기 전에, DMEM 배지에서 중간엽 줄기세포를 배양할 수 있다. 일례로, 5%의 우태아혈청과 5%의 마혈청 및 1%의 페니실린-스트렙토마이신이 포함된 DMEM 배지에서 계대 배양할 수 있다.On the other hand, mesenchymal stem cells can be cultured in DMEM medium before differentiating mesenchymal stem cells into neural progenitor cells. For example, it can be passaged in DMEM medium containing 5% fetal calf serum, 5% horse serum and 1% penicillin-streptomycin.

신경전구세포로 분화시키기 위해 사용되는 배지로는 원하는 분화 유도를 달성할 수 있는 배지라면 제한되지 않는다. 일례로서, 혈청이 포함된 DMEM 배지를 이용할 수 있는데, 이는 혈청이 존재하지 않는 경우 세포의 분화가 일어나지 않을 수 있기 때문이다. 바람직하기로는 10~30%의 혈청이 포함된 DMEM 배지를 이용할 수 있다.The medium used for differentiation into neuroprogenitor cells is not limited as long as it can achieve the desired differentiation induction. As an example, DMEM medium containing serum may be used, since differentiation of cells may not occur if serum is not present. Preferably, DMEM medium containing 10-30% serum may be used.

중간엽 줄기세포를 신경전구세포로 분화시키기 위한 증식인자로는, 염기성 섬유아세포 증식인자(basic fibroblast growth factor, bFGF), 혈소판 유래 증식인자(platelet-derived growth factor, PDGF), 상피세포 증식인자(epidermal growth factor, EGF), 신경 증식인자(nerve growth factor, NGF) 중에서 적어도 하나 이상 선택된 증식인자를 포함하는 배지에서 12 ~ 24 시간 정도 처리함으로써 달성될 수 있다. 바람직하기로는 염기성 섬유아세포 증식인자(basic fibroblast growth factor, bFGF)가 좋다.
Proliferation factors for differentiating mesenchymal stem cells into neural progenitor cells include basic fibroblast growth factor (bFGF), platelet-derived growth factor (PDGF), and epithelial cell growth factor ( epidermal growth factor (EGF), nerve growth factor (Nerve growth factor, NGF) can be achieved by treatment for 12 to 24 hours in a medium containing at least one selected growth factor. Preferably, basic fibroblast growth factor (bFGF) is preferable.

다음, 신경전구세포를 신경세포로 유도한다. 신경세포로 분화시키기 위해서는 신경분화 유도물질로서 부틸 하이드록시아니솔 (butylated hydroxyanisole, BHA), 베타-머캅토에탄올 (β-mercaptoethanol), 포스콜린 (forskolin), 발프론산 (valproic acid, VA), 레티노산 (retinoic acid, RA) 등의 신경분화 유도물질 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다. 바람직하기로는 발프론산을 이용할 수 있다.Next, nerve precursor cells are induced into neurons. To differentiate into neurons, butylated hydroxyanisole (BHA), beta-mercaptoethanol, forskolin, valproic acid (VA), At least one or more of neuronal differentiation inducers such as retinoic acid (RA) may be used. Preferably, valonic acid can be used.

이 때, 발프론산의 농도는 0.5 ~ 4 mmol/L 범위 내, 특히 0.5 ~ 2 mmol/L 범위내인 것이 좋음을 발견하였다(후술하는 실시예 참고). 0.5 mmol/L 미만에서는 신경세포로 분화유도 효과가 떨어지며, 2 mmol/L 을 넘어서는 경우에는 세포독성으로 인해 오히려 신경세포가 사멸하여 문제될 수 있다. 상기 발프론산의 처리 후에 염화포타슘 10~40 mmol/L, 인슐린 1~10 μg/mL, 포스콜린 1~30 μmol/L, 하이드로코티존 0.1~5 μmol/L를 첨가하여 주면 신경분화 유도된 세포가 유지되며, 신경세포로의 분화유도 시간은 5시간 이상인 것이 좋다.
At this time, it was found that the concentration of valonic acid is preferably in the range of 0.5 to 4 mmol / L, particularly in the range of 0.5 to 2 mmol / L (see Examples described later). If less than 0.5 mmol / L induction of differentiation effect to the neurons is less than, if more than 2 mmol / L may be a problem due to the death of neurons due to cytotoxicity. Neuronal differentiation-induced cells by addition of 10-40 mmol / L potassium chloride, 1-10 μg / mL insulin, 1-30 μmol / L phospholine, and 0.1-5 μmol / L hydrocortisone after treatment with valproic acid It is maintained, the differentiation induction time to neurons is preferably 5 hours or more.

본 발명은 또한, 젤화된 온도감응성 하이드로젤에 중간엽 줄기세포를 파종하여 신경전구세포로 분화시킨 후 신경세포로 유도하는 단계, 온도감응성 하이드로젤을 졸화시키는 단계, 및 상기 얻어진 신경세포와 졸화된 온도감응성 하이드로젤을 포함하는 주사제를 얻는 단계를 포함하여 이루어진, 신경세포 함유 온도감응성 하이드로젤 주사제의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 상온에서는 졸 상태로 존재하고 인체온도 부근에서는 젤을 형성하는 온도감응성 하이드로젤 내에서 줄기세포의 증식 및 분화를 통해 온도감응성 하이드로젤이 세포전달체로 사용 가능함을 확인하였다. The present invention also comprises seeding mesenchymal stem cells into gelled temperature sensitive hydrogels to differentiate into neural progenitor cells and inducing them into neurons, soaking the temperature sensitive hydrogels, and solvated with the obtained neurons. It provides a method for producing a neuron-containing temperature-sensitive hydrogel injection, comprising the step of obtaining an injection comprising a temperature-sensitive hydrogel. The present invention confirmed that the temperature-sensitive hydrogel can be used as a cell transporter through the proliferation and differentiation of stem cells in the temperature-sensitive hydrogel which exists in a sol state at room temperature and forms a gel near human temperature.

전술한 방법에 의해 신경세포로 유도한 후, 온도감응성 하이드로젤을 졸화시켜서 졸화된 온도감응성 하이드로젤내에 분포된 신경세포를 얻을 수 있다.
After induction into neurons by the above-described method, the neurons distributed in the solvated thermosensitive hydrogel can be obtained by soaking the thermosensitive hydrogel.

세포전달체의 제형으로서 주사제 형태가 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 제형의 신경 질환 치료용 조성물로 제조될 수 있다. 이러한 신경질환 치료용 조성물에는 전술한 방법으로 수득된 신경세포와 온도감응성 하이드로젤을 포함할 수 있다. 신경 질환은 제한되지 않으나 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌졸중 및 척수 손상에 의한 중추신경계 질환 중 어느 하나일 수 있다.
Injectable forms are preferred as the formulation of the cell carrier, but are not limited thereto, and may be prepared in various formulations for treating neurological diseases. Such neurological disease treatment compositions may include neurons and temperature sensitive hydrogels obtained by the method described above. Neurological diseases are not limited but may be any of central nervous system diseases caused by Alzheimer's disease, Parkinson's disease, stroke and spinal cord injury.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 기술할 것이나 본 발명의 범위는 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to these Examples.

실시예 1: 키토산을 이용한 온도감응성 하이드로젤의 제조Example 1: Preparation of temperature sensitive hydrogel using chitosan

점성이 200 ~ 800 cP (medium molecular weight, Sigma Aldrich Co.)인 키토산을 이용하여 온도감응성 하이드로젤을 제조하기 위하여 먼저 0.1 mol/L 농도의 아세트산 18 ㎖에 0.4 g의 키토산을 넣어 키토산 용액을 제조하고 하루 동안 교반한다. 제조된 키토산 용액 4 ㎖에 대하여 30 wt%가 되도록 베타-글리세롤포스페이트 디소듐 솔트 하이드레이트 (β-GP, Sigma Aldrich Co.)를 인산완충용액에 녹여 주사기를 이용하여 키토산 용액에 천천히 첨가시켜 주었다. 제조된 키토산 하이드로젤은 4 ℃에서 하루 동안 보관하여 안정화 시켰다.
In order to prepare a temperature sensitive hydrogel using chitosan having a viscosity of 200 to 800 cP (medium molecular weight, Sigma Aldrich Co.), 0.4 g of chitosan was added to 18 ml of 0.1 mol / L acetic acid to prepare a chitosan solution. And stir for a day. Beta-glycerol phosphate disodium salt hydrate (β-GP, Sigma Aldrich Co.) was dissolved in phosphate buffer solution so as to be 30 wt% with respect to 4 mL of the prepared chitosan solution, and slowly added to the chitosan solution using a syringe. The prepared chitosan hydrogel was stabilized by storing at 4 ℃ for one day.

실험예 1: 키토산 하이드로젤의 바이알 기울임법 실시Experimental Example 1: conducting a vial tilting method of chitosan hydrogel

실시예 1에서 제조한 키토산 온도감응성 하이드로젤을 37 ℃에서 보관하기 전과 후에 바이알 기울임법을 실시하였다.The vial iteration was performed before and after storing the chitosan temperature sensitive hydrogel prepared in Example 1 at 37 ° C.

그 결과, 상온에서는 졸 상태이고, 인체온도 부근에서는 젤 상태인 것을 확인할 수 있었고, 젤이 형성된 바이알에 3차 증류수를 첨가하여도 젤의 형태를 유지하는 것을 확인할 수 있었다(도 2).
As a result, it was confirmed that the sol state at room temperature, the gel state in the vicinity of the human body temperature, even if the third distilled water is added to the gel-formed vial was confirmed to maintain the form of the gel (Fig. 2).

실험예 2: 키토산 하이드로젤의 점도 측정Experimental Example 2: Viscosity Measurement of Chitosan Hydrogel

실시예 1에서 제조한 키토산 하이드로젤의 점도를 점도계 (Brookfield Engineering Laboratories, Inc., MA USA)를 이용하여 측정하였다.The viscosity of the chitosan hydrogel prepared in Example 1 was measured using a viscometer (Brookfield Engineering Laboratories, Inc., MA USA).

상기 실험의 결과, 키토산 하이드로젤의 점도가 인체 온도인 37 ℃부근에서 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있었다(도 3).
As a result of the experiment, it was confirmed that the viscosity of the chitosan hydrogel rose sharply near the body temperature of 37 ℃ (Fig. 3).

실시예 2: 신경분화 유도물질의 농도에 따른 중간엽 줄기세포의 신경분화 유도Example 2 Induction of Neuronal Differentiation of Mesenchymal Stem Cells According to the Concentration of Neuronal Differentiation Inducers

중간엽 줄기세포는 계대 배양하는 동안 5%의 우태아혈청과 5%의 마혈청 및 1%의 페니실린-스트렙토마이신이 포함된 DMEM 배지에서 배양하였다. 웰플레이트로 중간엽 줄기세포를 파종하고 난 후, 20%의 우태아혈청을 포함하는 DMEM 배지로 24 시간을 배양하였고, 20%의 우태아혈청과 10 ng/㎖의 염기성 섬유아세포 증식인자를 포함한 DMEM 배지를 이용하여 12 ~ 24 시간 동안 신경전구세포로의 분화를 유도하였다. 신경전구세포를 신경세포로 유도하기 위하여 신경계 질환 치료제로 사용되고 있는 발프론산 사용하였으며, 상기 신경분화 유도물질의 농도를 결정하기 위하여 각각 0.5, 1, 2, 4 mmol/L의 발프론산을 포함하는 DMEM 배지를 이용하여 신경전구세포를 신경세포로 5 시간 이상 분화 유도하였다.
Mesenchymal stem cells were cultured in DMEM medium containing 5% fetal bovine serum, 5% horse serum and 1% penicillin-streptomycin during passage. After seeding the mesenchymal stem cells with a well plate, the cells were incubated for 24 hours in DMEM medium containing 20% fetal bovine serum and containing 20% fetal bovine serum and 10 ng / ml basic fibroblast growth factor. Differentiation into neuroprogenitor cells was induced for 12-24 hours using DMEM medium. Valfuric acid, which is used as a therapeutic agent for neurological diseases, was used to induce neural progenitor cells into neurons, and 0.5, 1, 2, and 4 mmol / L of Valfuric acid were used to determine the concentration of the neuronal differentiation inducers. Neuronal progenitor cells were induced to differentiate into neurons for 5 hours or more using DMEM medium.

비교예 1: 신경분화를 유도하지 않은 중간엽 줄기세포의 배양Comparative Example 1: Cultivation of Mesenchymal Stem Cells Not Inducing Neuronal Differentiation

신경분화를 유도하지 않은 중간엽 줄기세포는 웰플레이트로 파종하고 난 후, 20%의 우태아혈청을 포함하는 DMEM 배지에서 24 시간을 배양하였고, 같은 조성의 배지를 이용하여 12 ~ 24 시간 처리해 준 다음 DMEM 배지만을 이용해서 5시간 이상 배양하였다.
Mesenchymal stem cells that did not induce neuronal differentiation were seeded in well plates, and then cultured in DMEM medium containing 20% fetal bovine serum for 24 hours, and treated with 12 to 24 hours using the same composition. Next, cultured for 5 hours or more using only DMEM medium.

실험예 3: 증식인자 및 우태아혈청에 의한 중간엽 줄기세포의 몰폴로지 관찰Experimental Example 3: Observation of Morphology of Mesenchymal Stem Cells by Proliferation Factor and Fetal Bovine Serum

상기 실시예 2에서 중간엽 줄기세포를 신경전구세포로 유도하는 과정에서 증식인자와 우태아혈청에 의한 몰폴로지 변화를 관찰하였다.In Example 2, the morphology change by the proliferation factor and fetal bovine serum was observed in the process of inducing mesenchymal stem cells into neuronal progenitor cells.

그 결과, 증식인자와 우태아혈청에 의해 신경전구세포로 유도가 많이 일어난다는 것을 확인할 수 있었다(도 4).
As a result, it was confirmed that a lot of induction into neural precursor cells by the growth factor and fetal bovine serum (Fig. 4).

실험예 4: 신경분화 유도물질의 농도에 따른 중간엽 줄기세포의 몰폴로지 변화 관찰Experimental Example 4 Observation of Morphology Changes of Mesenchymal Stem Cells According to Concentrations of Neuronal Differentiation Inducers

상기 실시예 2와 비교예 1의 세포 몰폴로지를 위상차 현미경 (Nicon ECLIPSE TS100, JAPAN)을 이용하여 관찰하였다.The cell morphology of Example 2 and Comparative Example 1 was observed using a phase contrast microscope (Nicon ECLIPSE # TS100, JAPAN).

그 결과, 0.5 mmol/L의 발프론산을 포함한 경우에는 신경세포로의 분화가 많이 일어나지 않은 반면, 1, 2, 4 mmol/L의 경우에는 신경세포로의 분화가 잘 일어났다. 그러나 2, 4 mmol/L의 경우에는 신경분화 유도물질의 독성에 의해 사멸된 세포의 몰폴로지를 관찰하였다(도 5).
As a result, when 0.5 mmol / L of valonic acid was included, differentiation into neurons did not occur much, whereas in 1, 2 and 4 mmol / L, differentiation into neurons occurred well. However, in the case of 2, 4 mmol / L, the morphology of the cells killed by the toxicity of neuronal differentiation inducers was observed (FIG. 5).

실험예 5: 신경분화 유도물질의 농도에 따른 중간엽 줄기세포의 세포독성 평가Experimental Example 5: Evaluation of cytotoxicity of mesenchymal stem cells according to the concentration of neuronal differentiation inducer

상기 실험예 2의 신경분화 유도물질 농도 별로 세포독성을 평가하기 위하여 WST-1 assay를 실시하였다. WST-1 시약은 배지 부피의 1/10 비로 넣어주었고, 시약을 처리한 후에는 37 ℃, 5% CO2의 배양기에서 4 시간 동안 배양하였다. 4 시간 후, 96-웰플레이트로 100 ㎕ 씩 분주하여 EL808 ultra microplate reader (Bio-tek instrument, USA)를 통해 450 ㎚에서의 흡광도를 측정하여 세포독성을 평가하였다.WST-1 assay was performed to evaluate the cytotoxicity according to the neuronal differentiation inducer concentration of Experimental Example 2. WST-1 reagent was added at a ratio of 1/10 of the volume of the medium, and after treatment, the WST-1 reagent was incubated for 4 hours in an incubator at 37 ° C., 5% CO 2 . Four hours later, cytotoxicity was evaluated by dispensing 100 µl into 96-well plates and measuring absorbance at 450 nm through an EL808 ultra microplate reader (Bio-tek instrument, USA).

다양한 농도의 발프론산에 대한 WST-1 assay를 실시한 결과와 실험예 4의 결과를 보았을 때(도 6), 발프론산의 경우, 0.5 ~ 2 mmol/L 범위, 특히 1 mmol/L의 농도가 중간엽 줄기세포의 신경분화 유도에 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.
When the results of the WST-1 assay for various concentrations of valphonic acid and the results of Experimental Example 4 (FIG. 6), in the case of valphonic acid, a concentration of 0.5 to 2 mmol / L, in particular, 1 mmol / L Was found to be suitable for inducing neuronal differentiation of mesenchymal stem cells.

실시예 3: 1 mmol/L의 발프론산을 이용한 중간엽 줄기세포의 신경분화 유도Example 3 Induction of Neuronal Differentiation of Mesenchymal Stem Cells Using 1 mmol / L of Valproic Acid

상기 실시예 2의 과정에서 신경전구세포를 신경세포로 분화 유도하는 과정에서 1 mmol/L의 발프론산만을 이용하여 중간엽 줄기세포의 신경분화를 유도하였다.
In the process of Example 2 to induce differentiation of neural progenitor cells into neurons, neuronal differentiation of mesenchymal stem cells was induced using only 1 mmol / L of valonic acid.

실험예 6: 1 mmol/L의 발프론산에 의한 중간엽 줄기세포의 몰폴로지 변화 관찰Experimental Example 6 Observation of Morphology Changes of Mesenchymal Stem Cells by 1 mmol / L Valproic Acid

상기 비교예 1과 실시예 3에 의한 중간엽 줄기세포의 몰폴로지 변화를 위상차 현미경을 이용하여 관찰하였다(도 7).Morphology changes of mesenchymal stem cells according to Comparative Example 1 and Example 3 were observed using a phase contrast microscope (FIG. 7).

실시예 4: 키토산 하이드로젤 내에서의 중간엽 줄기세포의 신경분화 유도Example 4 Induction of Neuronal Differentiation of Mesenchymal Stem Cells in Chitosan Hydrogels

웰플레이트에 실시예 1의 방법으로 제조한 키토산 하이드로젤을 분주하여 37 ℃에서 젤을 형성하였고, 여기에 중간엽 줄기 세포를 파종하여 실시예 3과 동일한 방법으로 중간엽 줄기세포의 신경분화를 유도하였다.
Chitosan hydrogel prepared by the method of Example 1 was dispensed on a well plate to form a gel at 37 ° C., and mesenchymal stem cells were seeded therein to induce neuronal differentiation of mesenchymal stem cells in the same manner as in Example 3. It was.

비교예 2: 키토산 하이드로젤 내에서 신경분화를 유도하지 않은 중간엽 줄기세포의 배양Comparative Example 2: Cultivation of Mesenchymal Stem Cells Not Induced Neuronal Differentiation in Chitosan Hydrogel

웰플레이트에 실시예 1의 방법으로 제조한 키토산 하이드로젤을 분주하여 37 ℃에서 젤을 형성하였고, 여기에 비교예 1과 같은 방법으로 신경분화를 유도하지 않은 중간엽 줄기세포를 배양하였다.
Chitosan hydrogel prepared by the method of Example 1 was dispensed on a well plate to form a gel at 37 ° C. Herein, mesenchymal stem cells that did not induce neuronal differentiation were cultured in the same manner as in Comparative Example 1.

실험예 7: 신경분화 유도물질 및 키토산 하이드로젤에 의한 세포독성 평가Experimental Example 7: Evaluation of cytotoxicity by neuronal differentiation inducer and chitosan hydrogel

상기 비교예 1, 실시예 3, 비교예 2, 실시예 4의 세포독성을 평가하기 위하여 실험예 5과 동일한 과정으로 WST-1 assay를 실시하였다. In order to evaluate the cytotoxicity of Comparative Example 1, Example 3, Comparative Example 2, Example 4 was carried out WST-1 assay in the same process as Experimental Example 5.

1 mmol/L의 발프론산을 이용해 키토산 하이드로젤에서 신경분화를 유도하였을 때, 1 일, 4 일, 7 일로 갈수록 흡광도가 증가한 것을 보아 키토산 하이드로젤 내에서도 줄기세포가 증식한다는 것을 확인할 수 있었다(도 8).
When neuronal differentiation was induced in chitosan hydrogels using 1 mmol / L of valonic acid, it was confirmed that stem cells proliferated in chitosan hydrogels due to the increase in absorbance toward day 1, day 4, and day 7 (FIG. 8).

실험예 8: 온도감응성 하이드로젤 내에서의 중간엽 줄기세포의 증식 확인Experimental Example 8: Confirmation of proliferation of mesenchymal stem cells in a temperature sensitive hydrogel

웰플레이트에 키토산 하이드로젤을 분주하고 37 ℃에서 굳힌 다음 중간엽 줄기세포를 파종하여 배양하였다. 실시예 2와 동일한 방법으로 신경분화를 유도하여 배양한 웰플레이트를 액체 질소를 이용해 급속으로 냉각 시키고 이를 동결 건조하여 주사전자현미경 (SEM)을 통해 관찰하였다.Chitosan hydrogel was dispensed into the well plate and hardened at 37 ° C., and then cultured by seeding mesenchymal stem cells. The well plate cultured by inducing neuronal differentiation in the same manner as in Example 2 was rapidly cooled with liquid nitrogen and lyophilized and observed through a scanning electron microscope (SEM).

그 결과, 키토산 하이드로젤 내에서 중간엽 줄기세포 및 분화된 중간엽 줄기세포 몰폴로지를 확인할 수 있었고, 이를 통해 키토산 하이드로젤 내에서 중간엽 줄기세포의 증식 및 분화용 배양을 유도하는 것을 확인 하였다(도 10).
As a result, it was confirmed that mesenchymal stem cells and differentiated mesenchymal stem cell morphology in chitosan hydrogels were induced, thereby inducing the growth and differentiation of mesenchymal stem cells in chitosan hydrogels ( 10).

비교예 3: 주사전자현미경을 통한 키토산 하이드로젤의 몰폴로지 관찰Comparative Example 3: Observation of Morphology of Chitosan Hydrogel by Scanning Electron Microscopy

세포가 증식하지 않은 키토산 하이드로젤만의 몰폴로지를 보기 위해 웰플레이트에 제조예 1의 방법으로 제조한 키토산 하이드로젤을 분주하고 37 ℃에서 굳힌 다음, 액체질소를 이용해 급속으로 냉각 시키고 이를 동결 건조하여 주사전자현미경 (SEM)을 통해 관찰하였다(도 9).
Chitosan hydrogel prepared by the method of Preparation Example 1 was dispensed in a well plate in order to see the morphology of chitosan hydrogel only in which cells did not proliferate, solidified at 37 ° C, rapidly cooled with liquid nitrogen, and freeze-dried. Observation was made by scanning electron microscopy (SEM) (FIG. 9).

실험예 9: 키토산 하이드로젤 표면에서의 세포부착 확인Experimental Example 9: Confirmation of cell adhesion on the surface of chitosan hydrogel

웰플레이트에 멸균된 커버글라스를 넣은 후, 키토산 하이드로젤을 분주하고 37 ℃에서 굳힌 다음 PKH67로 초록 형광으로 표시한 중간엽 줄기세포를 파종하여 배양하였다. 배양 4 일 후, 파라포름알데히드에 고정하여 형광현미경 (Carl Zeizz, Germany)를 통해 초록 형광을 확인하였고(도 11), 공초점 레이저 현미경 (OLYMPUS, Japan)을 통하여 확인하였다(도 12).
After putting the sterilized cover glass in the well plate, chitosan hydrogel was dispensed and hardened at 37 ° C., and then cultured by seeding mesenchymal stem cells labeled with green fluorescence with PKH67. After 4 days of incubation, the green fluorescence was confirmed by fixation with paraformaldehyde (Carl Zeizz, Germany) (FIG. 11), and confirmed by confocal laser microscopy (OLYMPUS, Japan) (FIG. 12).

실시예 5: 신경분화 유도된 줄기세포의 단백질 분리Example 5 Protein Isolation of Neuronal Differentiation-Induced Stem Cells

실시예 4에서 신경분화 유도된 줄기세포의 신경세포 특이적 단백질 발현을 확인하기 위하여 1 일, 4 일, 7 일에 단백질을 분리하였다. 먼저 세포의 배지를 걷어내고 인산완충용액을 이용하여 세척해준 다음 0.05% 트립신-에틸렌다이아민테트라아세트산을 (Trypsin-EDTA)를 넣고 37 ℃, 5% CO2의 환경에서 3 분간 처리하여 세포를 분리하였다. 상기의 분리된 세포를 1500 rpm에서 3 분간 원심분리하고 리파 라이시스 버퍼 (AMRESCO, USA)를 이용해 단백질을 분리하였다.
In Example 4, proteins were isolated on days 1, 4, and 7 in order to confirm neuronal specific protein expression of neuronal differentiation induced stem cells. First, the cell medium was removed, washed with phosphate buffer solution, and 0.05% trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (Trypsin-EDTA) was added thereto, followed by treatment for 3 minutes at 37 ° C. and 5% CO 2 . It was. The isolated cells were centrifuged at 1500 rpm for 3 minutes and proteins were separated using Liparisis buffer (AMRESCO, USA).

실시예 6: 단백질을 이용한 웨스턴 블로팅Example 6: Western Blotting with Protein

상기 실시예 5를 이용해 분리된 단백질로 웨스턴 블로팅을 실시하였다. 블로팅된 멤브레인의 비특이적 결합을 막기 위하여 5 wt% 스킴밀크를 포함한 0.1% 트윈-인산완충용액 (차단 완충용액)으로 2시간 처리해 주었다. 다음으로 일차항체(표 1)를 포함한 차단완충용액으로 상온에서 2 시간 혹은 4 ℃에서 밤새 처리하였고, 0.1% 트윈-인산완충용액으로 5번 이상 세척한 후 이차 항체를 상온에서 2 시간 동안 붙여주었다. 마지막으로 0.1% 트윈-인산충용액으로 6번 세척 하였다.Western blotting was performed using the protein separated using Example 5. In order to prevent nonspecific binding of the bloated membrane, it was treated with 0.1% Tween-phosphate buffer solution (blocking buffer solution) containing 5 wt% skim milk. Next, the block buffer solution containing the primary antibody (Table 1) was treated at room temperature for 2 hours or at 4 ° C. overnight, and washed with 0.1% Tween-phosphate buffer solution at least 5 times, followed by attaching the secondary antibody at room temperature for 2 hours. . Finally, it was washed six times with 0.1% twin-phosphate solution.

웨스턴 블로팅 일차 항체의 희석 비율Dilution Ratio of Western Blotting Primary Antibody 이름name 희석 비율Dilution ratio 숙주host β-actinβ-actin 1:100001: 10000 마우스mouse NSENSE 1:70001: 7000 래빗Rabbit GFAPGFAP 1:500001: 50000 래빗Rabbit Tuj-1Tuj-1 1:10001: 1000 마우스mouse Olig2Olig2 1:50001: 5000 래빗Rabbit NeuNNeuN 1:10001: 1000 마우스mouse

실험예 10: 웨스턴 블로팅한 단백질의 발현량 확인Experimental Example 10 Confirmation of Expression of Western Blot Protein

상기 실시예 6의 결과를 확인하기 위해 ImageQuant LAS 4000 mini (GE healthcare Bio-science AB, Japan)를 이용해 측정하였고, 프로그램은 ImageQuant LAS 4000을 사용하였다.In order to confirm the results of Example 6, it was measured using ImageQuant LAS 4000 mini (GE healthcare Bio-science AB, Japan), the program was used ImageQuant LAS 4000.

또한, 단백질 밴드의 정량은 Image J라는 프로그램을 이용하였으며 β-actin 대비 발현량을 계산한 뒤 각 군의 발현양을 대조군 대비 발현량으로 나누어 수치화 하였다.In addition, the protein band was quantified using a program called Image J. After calculating the expression amount compared to β-actin, the expression amount of each group was divided by the expression amount compared to the control group and quantified.

그 결과, 발프론산을 처리해 준 경우 1 일, 4 일에는 NSE, GFAP, Tuj-1, Olig2, NeuN 등의 발현량이 비슷하게 나타났고, 7 일로 갈수록 발현량이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다(도 14).
As a result, when treated with valproic acid, the expression levels of NSE, GFAP, Tuj-1, Olig2, NeuN, etc. were similar on day 1 and day 4, and it was confirmed that expression levels increased with 7 days (FIG. 14). .

실시예 7: 신경분화 유도된 중간엽 줄기세포를 포함하는 하이드로젤을 이용한 주사제형의 제조Example 7 Preparation of Injectable Formulations Using Hydrogels Including Neuronal Differentiation-Induced Mesenchymal Stem Cells

웰플레이트에 키토산 하이드로젤을 분주한 후 실시예 3을 실시하였다. 젤화된 상태의 키토산 하이드로젤을 스크래퍼를 이용해 원심관에 모은 후, 4 ℃, 2000 rpm에서 5 분 동안 원심분리 하였다. 4 ℃에서 졸화된 키토산 하이드로젤을 주사기를 이용해서 취하였다(도 15).Example 3 was performed after chitosan hydrogel was dispensed into the well plate. The gelated chitosan hydrogel was collected in a centrifuge tube using a scraper, and then centrifuged at 4 ° C. and 2000 rpm for 5 minutes. Chitosan hydrogel dozed at 4 ° C. was taken using a syringe (FIG. 15).

Claims (14)

세포배양 기판; 및
상기 세포배양 기판에 도포되어 젤화된 온도감응성 하이드로젤;을 포함하여 이루어진 중간엽 줄기세포의 신경세포 분화 유도 용도의 온도 감응성 지지체.
Cell culture substrates; And
A temperature sensitive support for use in inducing neuronal differentiation of mesenchymal stem cells, comprising; gelated temperature sensitive hydrogel applied to the cell culture substrate.
제1항에 있어서,
상기 온도감응성 하이드로젤은 상온에서 졸 상태이며, 30℃ 이상에서 젤화하는 것을 특징으로 하는 중간엽 줄기세포의 신경세포 분화 유도 용도의 온도 감응성 지지체.
The method of claim 1,
The temperature sensitive hydrogel is in a sol state at room temperature, temperature sensitive support for induction of neuronal differentiation of mesenchymal stem cells, characterized in that the gelation at 30 ℃ or more.
온도감응성 하이드로젤을 분주하여 젤화하는 단계;
상기 온도감응성 하이드로젤에 중간엽 줄기세포를 파종하고 신경전구세포로의 분화를 유도하는 단계; 및
신경전구세포를 신경세포로 유도하는 단계;를 포함하여 이루어진 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
Dispensing and gelling the temperature sensitive hydrogel;
Seeding the mesenchymal stem cells on the temperature sensitive hydrogel and inducing differentiation into neural progenitor cells; And
Inducing neuronal progenitor cells into neurons; A method of obtaining neurons using a temperature sensitive hydrogel comprising a.
제3항에 있어서,
신경전구세포로의 분화를 유도하는 단계는 염기성 섬유아세포 증식인자 (basic fibroblast growth factor, bFGF), 혈소판 유래 증식인자 (platelet-derived growth factor, PDGF), 색소 상피성 인자 (pigment epithelium derived factor, PEDF), 뇌유래신경성장인자 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF), 인슐린 유사생장인자 (insulin-like growth factor-1, IGF-1), 상피세포 증식인자 (epidermal growth factor, EGF), 신경 증식인자 (nerve growth factor, NGF) 및 기타 향신경성 물질(neurotrophic factors) 중에서 적어도 하나 이상 선택되어 증식인자로 이용되어 중간엽 줄기세포를 신경전구세포로 유도하는 것을 특징으로 하는 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
The method of claim 3,
Induction of differentiation into neuronal progenitor cells includes basic fibroblast growth factor (bFGF), platelet-derived growth factor (PDGF), pigment epithelium derived factor (PEDF). ), Brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor-1 (IGF-1), epidermal growth factor (EGF), neuronal growth factor (nerve growth factor, NGF) and other neurotrophic factors (neurotrophic factors) is selected from at least one of the neurons using a temperature-sensitive hydrogel, characterized in that it is used as a growth factor to induce mesenchymal stem cells to neuronal precursor cells Obtaining method.
제4항에 있어서,
상기 증식인자 처리 시에 혈청을 함유하는 것을 특징으로 하는 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
5. The method of claim 4,
A method for obtaining nerve cells using a temperature sensitive hydrogel, characterized in that serum is contained during the growth factor treatment.
제3항에 있어서,
신경전구세포를 신경세포로 유도하는 단계는 발프론산을 이용하여 신경전구세포를 신경세포로 분화시키는 것을 특징으로 하는 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
The method of claim 3,
Inducing the neural progenitor cells into the neural cells is a method of obtaining neural cells using a temperature sensitive hydrogel, characterized in that the neural progenitor cells are differentiated into neural cells using valonic acid.
제6항에 있어서,
발프론산의 농도가 0.5 ~ 4 mmol/L인 것을 특징으로 하는 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
The method according to claim 6,
A method for obtaining nerve cells using a temperature sensitive hydrogel, characterized in that the concentration of valonic acid is 0.5 to 4 mmol / L.
제7항에 있어서,
발프론산의 농도가 0.5 ~ 2 mmol/L인 것을 특징으로 하는 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
The method of claim 7, wherein
A method for obtaining nerve cells using a temperature sensitive hydrogel, characterized in that the concentration of valonic acid is 0.5 to 2 mmol / L.
제6항에 있어서,
상기 발프론산의 처리 뒤에 염화포타슘 10~40 mmol/L, 인슐린 1~10 μg/mL, 포스콜린 1~30 μmol/L, 하이드로코티존 0.1~5 μmol/L를 첨가하는 것을 특징으로 하는 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
The method according to claim 6,
After the treatment of valonic acid, potassium chloride 10-40 mmol / L, insulin 1-10 μg / mL, phoscholine 1-30 μmol / L, hydrocortisone 0.1-5 μmol / L Method for obtaining nerve cells using a hydrogel.
제3항에 있어서,
상기 온도감응성 하이드로젤은 플루로닉 (Poly(ethylen oxide)poly(propylene oxide)poly(ethylene oxide), Pluronic), 폴리카프로락톤 (PCL), 메톡시폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤 (MPEG-PCL), 메톡시폴리에틸렌글리콜-(폴리카프로락톤-co-폴리락타이드) (MPEG-(PCL-co-PLLA)), 카복시메틸셀룰로오스 (CMC), 알긴, 알긴산 또는 알지네이트, 폴리펩타이드 또는 단백질, 젤라틴 또는 카세인, 키틴 유도체 및 키토산 중에서 선택된 1종 이상이 포함되어 제조되는 것을 특징으로 하는 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
The method of claim 3,
The temperature sensitive hydrogel is Pluronic (Poly (ethylen oxide) poly (propylene oxide) poly (ethylene oxide), Pluronic), polycaprolactone (PCL), methoxy polyethylene glycol-polycaprolactone (MPEG-PCL), Methoxypolyethyleneglycol- (polycaprolactone-co-polylactide) (MPEG- (PCL-co-PLLA)), carboxymethylcellulose (CMC), algin, alginic acid or alginate, polypeptide or protein, gelatin or casein, A method for obtaining nerve cells using a temperature-sensitive hydrogel, characterized in that the preparation comprises at least one selected from chitin derivatives and chitosan.
제3항에 있어서,
상기 중간엽 줄기세포는 골수, 근육 또는 지방 유래인 것을 특징으로 하는 온도감응성 하이드로젤을 이용한 신경세포 수득방법.
The method of claim 3,
The mesenchymal stem cell is a method of obtaining a nerve cell using a temperature-sensitive hydrogel, characterized in that derived from bone marrow, muscle or fat.
젤화된 온도감응성 하이드로젤에 중간엽 줄기세포를 파종하여 신경전구세포로 분화시킨 후 신경세포로 유도하는 단계;
온도감응성 하이드로젤을 졸화시키는 단계; 및
상기 얻어진 신경세포와 졸화된 온도감응성 하이드로젤을 포함하는 주사제를 얻는 단계;를 포함하여 이루어진, 신경세포 함유 온도감응성 하이드로젤 주사제의 제조방법.
Seeding mesenchymal stem cells on the gelled temperature sensitive hydrogel to differentiate into neural progenitor cells and inducing them into neurons;
Solvating the temperature sensitive hydrogel; And
A method of preparing a neuron-containing temperature sensitive hydrogel injection comprising a step of obtaining an injection comprising the obtained neuron and a temperature sensitive hydrogel.
제3항 내지 제11항 중에서 선택된 어느 한 항의 수득방법으로 수득된 신경세포와 온도감응성 하이드로젤을 포함하여 이루어진 신경질환 치료용 조성물.
A composition for treating neurological diseases comprising a neuron and a temperature sensitive hydrogel obtained by the method of obtaining any one of claims 3 to 11.
제13항에 있어서,
상기 신경 질환은 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌졸중 및 척수 손상에 의한 추신경계 질환 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 신경질환 치료용 조성물.
The method of claim 13,
The neurological disease is a composition for the treatment of neurological diseases, characterized in that any one of the disease of the PS system due to Alzheimer's disease, Parkinson's disease, stroke and spinal cord injury.
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