KR20160000029A - Mehtod for inducing differentiation of mesenchymal stromal cells using light with red wavelength - Google Patents

Mehtod for inducing differentiation of mesenchymal stromal cells using light with red wavelength Download PDF

Info

Publication number
KR20160000029A
KR20160000029A KR1020140076412A KR20140076412A KR20160000029A KR 20160000029 A KR20160000029 A KR 20160000029A KR 1020140076412 A KR1020140076412 A KR 1020140076412A KR 20140076412 A KR20140076412 A KR 20140076412A KR 20160000029 A KR20160000029 A KR 20160000029A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stem cells
mesenchymal stem
adipose
cells
derived mesenchymal
Prior art date
Application number
KR1020140076412A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101719870B1 (en
Inventor
박인수
안진철
정필상
Original Assignee
단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 filed Critical 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
Priority to KR1020140076412A priority Critical patent/KR101719870B1/en
Priority to PCT/KR2015/006371 priority patent/WO2015199416A1/en
Publication of KR20160000029A publication Critical patent/KR20160000029A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101719870B1 publication Critical patent/KR101719870B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602Vertebrate cells
    • C12N5/069Vascular Endothelial cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2506/00Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells
    • C12N2506/13Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells from connective tissue cells, from mesenchymal cells
    • C12N2506/1346Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells from connective tissue cells, from mesenchymal cells from mesenchymal stem cells
    • C12N2506/1384Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells from connective tissue cells, from mesenchymal cells from mesenchymal stem cells from adipose-derived stem cells [ADSC], from adipose stromal stem cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2529/00Culture process characterised by the use of electromagnetic stimulation
    • C12N2529/10Stimulation by light

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for forming spheroid from mesenchymal stem cells derived from fat and differentiating the formed spheroid into vascular endothelial cells, by irradiating light in the red wavelength range for the mesenchymal stem cells derived from fat by using a LED light source. The method of the present invention can differentiate and induce the stem cells to the vascular endothelial cells, without using a differentiation-inducing material, and can be broadly used for developing drug for treating vascular diseases in an economical manner.

Description

적색 파장대의 빛을 이용한 중간엽 줄기세포의 분화유도 방법{Mehtod for inducing differentiation of mesenchymal stromal cells using light with red wavelength}{METHOD FOR INDUCING DIFFERENTIATION OF MESENCHYMAL STOMAL CELLS USING LIGHT WITH RED WAVELENGTH}

본 발명은 적색 파장대의 빛을 이용한 중간엽 줄기세포의 분화유도 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 중간엽 줄기세포에 LED 광원을 이용하여 적색 파장대의 빛을 조사함으로써, 상기 중간엽 줄기세포로부터 스페로이드를 형성하고, 상기 형성된 스페로이드를 혈관내피세포로 분화시키는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for inducing the differentiation of mesenchymal stem cells using light of a red wavelength band. More specifically, the present invention relates to a method for inducing differentiation of mesenchymal stem cells using light of a red wavelength band, To form spleoids, and to differentiate the formed spheroids into vascular endothelial cells.

일반적으로 분화란 초기 단계의 세포가 각 조직으로서의 특성을 갖게 되는 과정을 말하는데, 그 대표적인 예는 동물의 발생 과정에서 볼 수 있다. 즉, 정자와 난자가 결합하여 만들어진 수정란이라는 하나의 세포가 뼈, 심장, 피부 등의 다양한 조직 세포로 만들어지기 위해서는 '분화'가 일어나야 하는 것이다. 이러한 분화능력을 가지고 있는 줄기세포(stem cell)는 조직을 구성하는 각 세포로 분화되기 전단계의 세포로서, 미분화 상태에서 무한 증식이 가능하며 특정 분화 자극에 의해 다양한 조직의 세포로 분화될 수 있는 잠재적 가능성을 가진 세포를 의미한다.In general, differentiation refers to the process by which cells in the early stages become characteristic of each tissue, a representative example of which is seen in the development of animals. In other words, 'embryogenesis' must occur in order for a single cell called embryo, which is made by combining sperm and egg, to be made into various tissue cells such as bone, heart and skin. Stem cells that have this differentiation ability are the cells of the pre-differentiation stage of each cell that constitutes the tissue. It is capable of infinite proliferation in the undifferentiated state, and has the potential to be differentiated into various tissue cells by a specific differentiation stimulus ≪ / RTI >

최근에, 인간 지방조직(adipose tissue)에 자가 재생능력이 뛰어나고, 간, 골, 연골, 지방, 혈관, 심장, 신경계 등과 같은 다양한 세포로 분화될 수 있는 미분화 세포군이 포함되어 있음이 보고되었다(B. Cousin 등, BBRC 301: 1016, 2003; Miranville 등, Circulation 110: 349, 2004; S. Gronthos 등, J. Cell Physiol. 189: 54, 2001; M.J. Seo 등, BBRC 328: 258, 2005). 이러한 지방조직 유래 다분화능 줄기세포로서 지방줄기세포(adipose-derived stem cells; ASCs)는 중간엽계 줄기세포와 비교하여 지방조직을 대량으로 추출할 수 있다는 점에서 취득과정이 용이하고 안전하며, 조직수급상의 제한이 없는 장점과 체외배양이 용이하여 조직 접근성, 안정성, 유효성, 그리고 경제적 측면에서 이점을 가지고 있어 다분화능 줄기세포의 새로운 공급원으로서 주목받고 있다.Recently, it has been reported that the adipose tissue contains an undifferentiated cell group that is excellent in self-renewal ability and can be differentiated into various cells such as liver, bone, cartilage, fat, blood vessels, heart, nervous system, etc. Cucin et al., BBRC 301: 1016, 2003; Miranville et al., Circulation 110: 349, 2004; S. Gronthos et al., J. Cell Physiol. 189: 54, 2001; MJ Seo et al., BBRC 328: 258, 2005). As adipose-derived stem cells (ASCs), which are multipotential stem cells derived from adipose tissue, can be extracted in a large amount compared to mesenchymal stem cells, the acquisition process is easy and safe, And it has advantages in terms of tissue accessibility, stability, efficacy, and economics, and is attracting attention as a new source of multipotential stem cells.

지금까지 알려진 지방줄기세포로는 상피세포로 분화 가능한 인간 지방줄기세포(Martin Brzoska 등, BBRC 330: 142, 2005), 골 형성 및 지방세포로 분화 가능한 인간 지방줄기세포(Ying Cao 등, BBRC 332: 370, 2005), 신경세포로 분화 가능한 인간 지방줄기세포(Kristine M. Safford 등, BBRC 294: 371, 2005), 지방세포로 분화 가능한 쥐 지방줄기세포(Rei Ogawa 등, BBRC 319: 511, 2004), 골 형성 및 연골 형성 세포로 분화 가능한 쥐 지방줄기세포(Rei Ogawa 등, BBRC 313: 871, 2004), 연골세포로 분화 가능한 인간 지방줄기세포(Hani A. Awad 등, Biomaterials 25: 3211, 2004), 신경세포로 분화 가능한 쥐 지방줄기세포(Juri Fujimura 등, BBRC 333: 116, 2005), 및 골세포, 연골세포, 신경세포 또는 근육세포로 분화가능한 지방줄기세포(미국특허 제6,777,231호) 등이 있다. Human adipose stem cells (BBRC 330: 142, 2005), human adipose stem cells capable of differentiating into osteogenic and adipocytes (Ying Cao et al., BBRC 332: 370, 2005), human adipose stem cells capable of differentiating into neurons (Kristine M. Safford et al., BBRC 294: 371, 2005), adipocyte stem cell differentiating into adipocytes (Rei Ogawa et al., BBRC 319: (Hani A. Awad et al., Biomaterials 25: 3211, 2004), which can differentiate into osteogenic and cartilage-forming cells (Rei Ogawa et al., BBRC 313: 871, (Juri Fujimura et al., BBRC 333: 116, 2005) capable of differentiating into neurons, and adipose stem cells (US Patent No. 6,777, 231) capable of differentiating into bone cells, chondrocytes, neurons or muscle cells have.

아울러, 상기 지방줄기세포가 생체 내 및 시험관 내에서 혈관내피세포로 분화가 유도될 수 있음이 보고되었다. 예를 들어, 지방줄기세포를 육종마우스로부터 분리된 특수한 세포외 기질 성분인 마트리겔(matrigel)이 코팅된 배양용기에서 다양한 성장인자가 첨가된 배지를 이용하여 배양하면 혈관내피세포로 분화될 수 있고(Cao Y, 등, Biochem. Biophys. Res. Commun. 332: 370-379, 2005), 무혈청 배지에서 지방줄기세포를 배양하여 스페로이드(구상체, spheroid)를 형성한 후 이를 조혈모세포 배양배지에서 일주일간 배양하여 Flk-1을 다량 발현하는 혈관내피세포를 획득할 수 있음이 보고되었다(Martinez-Estrada O.M., 등, Cardiovasc. Res. 65(2): 328-333, 2005). 그러나 상기 방법들은 분화에 3주 이상의 시간이 소요되어 장기간의 세포 배양으로 오염이 발생할 수 있고 특정 세포로의 분화를 위해 성장인자와 같은 특수 배지 성분을 사용해야 하기 때문에 배지 제조비용이 상승하여 산업적으로 이용하기에 어렵다는 단점이 있다. 또한, 종래에는 중간엽 줄기세포를 혈관 세포로 유도하기 위해 혈관세포 유도성분이 함유된 배지 또는 배양 메트릭스에서 배양하였을 뿐 혈관세포의 분화를 촉진시키는 장비가 없어 분화시간이 길어지는 문제점이 있었다.
In addition, it has been reported that the adipose stem cells can be induced to differentiate into vascular endothelial cells in vivo and in vitro. For example, adipocyte stem cells can be differentiated into vascular endothelial cells by culturing in a culture vessel coated with matrigel, a special extracellular matrix component isolated from sarcoma mice, using a medium supplemented with various growth factors (Cao Y, et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 332: 370-379, 2005). After forming adipocytes (spheroids) by culturing adipose stem cells in serum-free medium, (Fig. 1). In this study, we have shown that Flk-1-expressing vascular endothelial cells can be obtained by culturing for one week at 37 ° C. However, these methods require more than three weeks for differentiation, and contamination may occur due to long-term cell culture. In order to differentiate into specific cells, special culture medium such as growth factor must be used. It is difficult to do so. In addition, conventionally, in order to induce mesenchymal stem cells into vascular cells, they have been cultured in a culture medium or a culture medium containing a vascular cell inducing component, and there is no equipment for promoting the differentiation of vascular cells.

이러한 배경하에서, 본 발명자들은 보다 효과적으로 지방유래 중간엽 줄기세포를 혈관내피세포로 분화시킬 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 지방유래 중간엽 줄기세포를 스페로이드 형태로 배양하면서 적색 파장대의 빛을 조사할 경우, 상기 줄기세포를 효과적으로 혈관내피세포로 분화시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
Under these circumstances, the present inventors have made extensive efforts to develop a method for differentiating adipose-derived mesenchymal stem cells into vascular endothelial cells more effectively. As a result, it has been found that when adipose-derived mesenchymal stem cells are cultured in a spheroid form, It was found that the stem cells can be effectively differentiated into vascular endothelial cells, and the present invention has been completed.

본 발명의 하나의 목적은 지방유래 중간엽 줄기세포의 스페로이드에 적색 파장대의 빛을 조사하면서 배양하는 단계를 포함하는, 지방유래 중간엽 줄기세포를 혈관내피세포로 분화시키는 방법을 제공하는 것이다.
One object of the present invention is to provide a method for differentiating adipose-derived mesenchymal stem cells into vascular endothelial cells, comprising culturing spleens of adipose-derived mesenchymal stem cells while irradiating light with a red wavelength band.

본 발명자들은 보다 효과적으로 지방줄기세포를 혈관내피세포로 분화시킬 수 있는 방법을 개발하고자 다양한 연구를 수행하던 중, LED 광원을 이용하여 빛을 조사하는 방법에 주목하게 되었다. 즉, 줄기세포를 배양하면서 LED 광원을 이용하여 적색 파장대의 빛을 조사하면, 줄기세포의 증식 및 이동성이 향상되어 스페로이드의 형성이 촉진되고, 상기 형성된 스페로이드에 지속적으로 적색 파장대의 빛을 조사하면, 혈관내피세포로의 분화를 촉진할 수 있는 다양한 성장인자(FGF, VEGF, HGF 등)의 발현 및 분비가 상기 스페로이드를 형성하는 줄기세포 자체에서 촉진되어, 외부에서 혈관생성 관련인자의 첨가 또는 유전자 조작 없이도 상기 스페로이드가 혈관내피세포로 분화되는 것이 촉진될 수 있다. The present inventors paid attention to a method of irradiating light using an LED light source while performing various studies in order to develop a method that can more effectively differentiate adipose stem cells into endothelial cells. That is, when the stem cells are cultured and the LED light source is used to irradiate the light of the red wavelength band, the proliferation and mobility of the stem cells are enhanced to promote the formation of spoloids, and the formed spoloids are continuously irradiated with the red wavelength band light , Expression and secretion of various growth factors (FGF, VEGF, HGF, etc.) capable of promoting differentiation into vascular endothelial cells are promoted in stem cells forming the above spheroids, Alternatively, without the genetic manipulation, the differentiation of the spheroids into vascular endothelial cells can be promoted.

한편, 상기 적색 파장대의 빛을 조사하여 지방줄기세포를 혈관내피세포로 분화시키는 분화효율을 향상시키기 위한 조건을 연구한 결과, 600 내지 700nm의 파장 및 5 내지 30 mW/㎠의 전력을 나타내는 빛(에너지량 3 내지 18 J/㎠)을 조사하고, 지방유래 중간엽 줄기세포의 배양용기로는 세포 배양용기에 소수성을 부여하는 고분자로 표면 처리되거나 또는 소수성을 갖는 세포 배양용기(non-tissue culture-treated well plate)를 사용하며, 상기 배양용기에 지방줄기세포를 24웰 플레이트의 각 웰에 1 × 105 세포 이상의 지방줄기세포를 접종함이 바람직함을 확인하였다.
As a result of studying the conditions for improving the differentiation efficiency of differentiating the adipocyte stem cells into vascular endothelial cells by irradiating light of the red wavelength band, it was found that light having a wavelength of 600 to 700 nm and a power of 5 to 30 mW / The amount of energy is 3 to 18 J / cm 2), and the culture medium of adipose-derived mesenchymal stem cells is subjected to a surface treatment with a polymer imparting hydrophobicity to the cell culture container, or a hydrophobic cell culture container (non-tissue culture- treated well plate, and it was confirmed that it is preferable to inoculate adipose stem cells into the culture vessel in an amount of 1 x 10 5 cells or more in each well of a 24-well plate.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시양태로서, 본 발명은 지방줄기세포에 적색 파장대의 빛을 조사하여 지방줄기세포를 혈관내피세포로 분화시키는 방법을 제공하는 것이다.
In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for differentiating adipose stem cells into vascular endothelial cells by irradiating red stem cells with red wavelength band light.

구체적으로, 본 발명에서 제공하는 지방줄기세포를 혈관내피세포로 분화시키는 방법은 지방줄기세포를 표면이 소수성을 띠는 배양용기에 접종하고 배양하면서, 5 내지 15 mW/㎠의 전력 및 600 내지 700nm의 빛을 상기 지방줄기세포에 조사하는 단계를 포함한다.
Specifically, the method for differentiating adipocyte stem cells provided by the present invention into vascular endothelial cells comprises culturing adipocyte stem cells in a culture vessel having a hydrophobic surface and culturing the adipocyte stem cell with a power of 5 to 15 mW / To the adipose stem cells.

본 발명의 용어 "중간엽 줄기세포(mesenchymal stromal cells; MSCs)"란, 자가 재생능력이 뛰어나고, 간, 골, 연골, 지방, 혈관, 심장, 신경계 등과 같은 다양한 세포로 분화될 수 있는 미분화된 성체줄기세포를 의미한다. The term "mesenchymal stromal cells (MSCs)" of the present invention refers to mesenchymal stromal cells (MSCs) having excellent self-renewal ability and capable of differentiating into various cells such as liver, bone, cartilage, fat, blood vessel, Stem cells.

본 발명에 있어서, 상기 중간엽 줄기세포로서 지방유래 중간엽 줄기세포(adipose-derived stem cells; ASCs)를 사용하였다. 상기 지방유래 중간엽 줄기세포는 다른 종류의 중간엽 줄기세포와 비교하여 대량으로 추출할 수 있는 지방조직으로부터 수득할 수 있다는 점에서 취득과정이 용이하고 안전하며, 조직수급상의 제한이 없는 장점과 체외배양이 용이하여 조직 접근성, 안정성, 유효성, 그리고 경제적 측면에서 장점이 있다.
In the present invention, adipose-derived stem cells (ASCs) were used as the mesenchymal stem cells. Since the adipose-derived mesenchymal stem cells can be obtained from adipose tissue that can be extracted in large quantities in comparison with other kinds of mesenchymal stem cells, the process is easy and safe, It is advantageous in terms of tissue accessibility, stability, effectiveness, and economy.

본 발명에서 제공하는 지방유래 중간엽 줄기세포를 혈관내피세포로 분화시키는 방법은 상기 지방유래 중간엽 줄기세포에 적색 파장대의 빛을 조사하는 단계를 필수적으로 포함하는데, 상기 지방세포에 조사된 빛은 줄기세포의 증식 및 이동을 촉진시켜서, 스페로이드(spheroid) 또는 3차원 세포집합체(3D cell mass, 3DCM)라고 알려진 세포괴의 형성을 촉진시킬 수 있고, 상기 스페로이드에 상기 빛을 지속적으로 조사하면, 상기 스페로이드를 형성하는 줄기세포로부터 혈관내피세포로의 분화를 촉진할 수 있는 다양한 성장인자(FGF, VEGF, HGF 등)의 발현 및 분비가 촉진되어, 스페로이드의 내부에 축적되거나 또는 스페로이드의 외부로 분비되고, 상기 성장인자는 줄기세포 분화에 관여하는 분화 신호전달을 활성화시켜서, 혈관내피세포로의 상기 스페로이드의 분화를 촉진시킬 수 있다. The method of differentiating the adipose-derived mesenchymal stem cells into vascular endothelial cells according to the present invention essentially includes irradiating the adipose-derived mesenchymal stem cells with light of a red wavelength band. Promoting the proliferation and migration of stem cells to promote the formation of a celloid known as a spheroid or a 3D cell mass (3DCM), and when the light is continuously irradiated onto the spheroid, The expression and secretion of various growth factors (FGF, VEGF, HGF, etc.) capable of promoting the differentiation of stem cells into the vascular endothelial cells are promoted, and the accumulation or accumulation of the spheroids And the growth factor activates the differentiation signal transduction involved in stem cell differentiation, so that the concentration of the spheroid into the vascular endothelial cells It is possible to promote anger.

이때, 상기 빛은 지방유래 중간엽 줄기세포를 혈관내피세포로 분화시키는 것을 촉진시키는 효과를 나타내는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 LED(light emitting diode)로부터 발생된 빛을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 LED로부터 발생되어 600 내지 700nm의 파장 및 5 내지 30 mW/㎠의 전력을 나타내는 빛을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 LED로부터 발생되어 660nm의 파장 및 10 mW/㎠의 전력을 나타내는 빛을 사용할 수 있다.At this time, the light is not particularly limited as long as it exhibits an effect of promoting the differentiation of adipose derived mesenchymal stem cells into vascular endothelial cells, but it is preferable to use light generated from an LED (light emitting diode) Preferably, light generated from the LED and having a wavelength of 600 to 700 nm and a power of 5 to 30 mW / cm 2 can be used, most preferably a light generated from the LED and having a wavelength of 660 nm and a power of 10 mW / Can be used.

아울러, 상기 빛의 조사조건 역시 지방유래 중간엽 줄기세포를 혈관내피세포로 분화시키는 것을 촉진시키는 효과를 나타내는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 지방유래 중간엽 줄기세포로부터 1 내지 5cm의 간격을 두고 위치한 LED 광원을 이용하여 1일 10 내지 15분 동안 조사하는 방법을 사용할 수 있다.
In addition, the light irradiation condition is not particularly limited as long as it is an effect of promoting differentiation of adipose derived mesenchymal stem cells into vascular endothelial cells, but preferably an interval of 1 to 5 cm from adipose derived mesenchymal stem cells A method of irradiating the LED light source for 10 to 15 minutes per day may be used.

또한, 상기 지방줄기세포를 배양하는 배양용액 또는 배양 메트릭스에 혈관내피세포로 줄기세포의 분화를 유도하는 물질을 처리하거나 유전자 변형을 하지 않고, 적색 파장대의 빛을 조사하여 스페로이드 형성 및 혈관생성인자 발현을 유도하는 것만으로도 줄기세포를 혈관내피세포로 분화시킬 수 있다. 이때, 사용되는 배양용액은 지방줄기세포의 배양 및/또는 분화에 통상적으로 사용되는 배지라면 제한되지 않고 사용할 수 있고, 바람직하게는 DMEM (Dulbeco's modified eagle medium), Ham's F12 등에 혈청이 포함된 배지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 DMEM과 Ham's F12가 1:1 비율로 혼합된 DMEM/F12 배지에 우 태아 혈청(fetal bovine serum, FBS)이 첨가된 배지를 사용하였다. 하지만, 혈청을 포함하지 않는 배지를 사용하여도 본 발명의 방법을 수행하는 것이 가능하다.
In addition, in the culture solution or culture matrix for culturing the adipose stem cells, a substance inducing differentiation of stem cells into vascular endothelial cells is treated or light is irradiated at a red wavelength band without genetic modification to form spleen formation and angiogenesis factor By inducing expression, stem cells can be differentiated into vascular endothelial cells. In this case, the culture solution to be used is not particularly limited as long as it is a medium commonly used for culture and / or differentiation of adipose stem cells. Preferably, the medium is a medium containing serum such as DMEM (Dulbeco's modified eagle medium) or Ham's F12 Can be used. For example, in an embodiment of the present invention, a medium supplemented with fetal bovine serum (FBS) was used in DMEM / F12 medium mixed with DMEM and Ham's F12 at a ratio of 1: 1. However, it is also possible to carry out the method of the present invention using a medium containing no serum.

아울러, 상기 지방유래 중간엽 줄기세포의 분화를 촉진시키기 위하여, 상기 지방유래 중간엽 줄기세포를 소수성을 부여하는 고분자로 표면 처리된 배양용기 또는 상기 고분자로 제조된 배양용기에 접종하여 배양할 수 있다. 상기 소수성을 부여하는 고분자는 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐클로라이트(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 지방족 폴리에스테르계 고분자로서, 폴리(L-락트산)(PLLA), 폴리(D,L-락트산)(PDLLA), 폴리(글리콜산)(PGA), 폴리(카프로락톤)(PCL), 폴리(하이드록시알카노에이트), 폴리다이옥산온(PDS), 폴리트라이메틸렌카보네이트, 이들의 유도체 또는 공중합체 (폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA), 폴리(L-락트산-co-카프로락톤)(PLCL), 폴리(글리콜산-co-카프로락톤)(PGCL) 등)등을 사용할 수 있다.
In addition, in order to promote the differentiation of the adipose derived mesenchymal stem cells, the adipose-derived mesenchymal stem cells may be inoculated into a culture container surface-treated with a hydrophobic polymer or a culture container made of the polymer . The hydrophobicity-imparting polymer is not particularly limited, but is preferably selected from the group consisting of polystyrene, polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE) Poly (L-lactic acid) (PLLA), poly (D, L-lactic acid) (PDLLA), poly (glycolic acid) (PGA) as polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE) ), Poly (caprolactone) (PCL), poly (hydroxyalkanoate), polydioxanone (PDS), polytrimethylene carbonate, derivatives or copolymers thereof (poly (lactic acid-co-glycolic acid) ), Poly (L-lactic acid-co-caprolactone) (PLCL), poly (glycolic acid-co-caprolactone) (PGCL) and the like.

끝으로, 상기 지방유래 중간엽 줄기세포로부터 스페로이드를 용이하게 형성하기 위하여는, 상기 지방유래 중간엽 줄기세포를 1 × 105 내지 2 × 106 세포/㎠의 밀도로 접종함이 바람직하다. 1 × 105 세포/㎠ 미만의 밀도로 접종할 경우에는 스페로이드의 크기가 작고, 편차가 심하다는 문제점이 있고, 2 × 106 세포/㎠ 이상의 밀도로 접종할 경우에는 과다한 세포증식에 의한 세포사가 유발될 수 있다. 그러나, 1 × 105 내지 2 × 106 세포/㎠ 이상의 밀도로 접종할 경우에는, 육안으로 검출가능한 약 1 ㎜의 직경을 갖는 스페로이드를 형성할 수 있다.
Finally, in order to easily form spheroids from the adipose-derived mesenchymal stem cells, the adipose-derived mesenchymal stem cells are preferably inoculated at a density of 1 × 10 5 to 2 × 10 6 cells / cm 2. When inoculated at a density of less than 1 × 10 5 cells / cm 2, the size of the spheroid is small and the deviation is severe. In the case of inoculation at a density of 2 × 10 6 cells / cm 2 or more, Lt; / RTI > However, when inoculated at a density of 1 x 10 < 5 > to 2 x 10 < 6 > cells / cm2 or more, sprooids having a diameter of about 1 mm detectable by the naked eye can be formed.

상기 방법에 의해 분화된 혈관내피세포는 다양한 혈관 질환 또는 창상의 치료에 사용될 수 있는데, 상기 혈관질환은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 심혈관 질환, 뇌혈관 질환, 허혈성 질환 등이 될 수 있고, 보다 바람직하게는 동맥경화증, 안정형 및 불안정형 협심증, 말초 심혈관 질환, 고혈압, 심부전증, 말초 순환장애, 심근경색증, 뇌졸중, 일과성 및 허혈성 발작, 지주막하 출혈 등의 질환이 될 수 있다.
The vascular endothelial cells differentiated by the above method can be used for the treatment of various vascular diseases or wounds. The vascular diseases include, but are not limited to, cardiovascular diseases, cerebrovascular diseases, ischemic diseases, More preferably, it may be a disease such as arteriosclerosis, stable and unstable angina pectoris, peripheral cardiovascular disease, hypertension, heart failure, peripheral circulatory disorder, myocardial infarction, stroke, transient and ischemic seizure, subarachnoid hemorrhage.

본 발명의 방법을 이용하면 분화유도물질을 사용하지 않고서도, 줄기세포를 혈관내피세포로 분화유도할 수 있으므로, 보다 경제적인 혈관질환 치료제의 개발에 널리 활용될 수 있을 것이다.
The method of the present invention can induce the differentiation of stem cells into vascular endothelial cells without using a differentiation inducing substance, and thus it can be widely used for development of a more cost effective vascular disease therapeutic agent.

도 1은 인간의 지방조직으로부터 분리한 줄기세포를 검증한 결과를 나타내는 현미경 사진이다.
도 2는 LED 조사장치를 나타내는 사진이다.
도 3은 LED 조사에 의한 지방유래 중간엽 줄기세퐁의 성장율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 배양용기에 코팅된 ECM 단백질의 존재여부에 따른, 지방유래 중간엽 줄기세포를 배양한 결과를 나타내는 사진이다.
도 4b는 지방유래 중간엽 줄기세포를 NTCP에 접종하고, LED 광원으로부터 빛을 조사하면서 배양시간의 경과에 따른 지방유래 중간엽 줄기세포의 형태변화를 나타내는 사진이다.
도 5는 LED의 조사여부 및 스페로이드의 형성여부에 따른 혈관신생 관련 단백질의 발현수준 변화를 측정한 결과를 나타내는 사진 및 그래프이다.
도 6의 좌측사진은 LED가 조사된 지방조직 유래 중간엽 줄기세포에 대한 면역형광염색 결과를 나타내는 사진이다.
도 6의 우측사진은 LED의 조사여부 및 스페로이드의 형성여부에 따른 CD31의 발현여부를 웨스턴 블럿 분석을 통해 확인한 결과를 나타내는 사진이다.
도 7는 LED가 조사된 2차원 배양된 줄기세포와 스페로이드가 형성된 줄기세포에 대한 FACS 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 하지허혈 마우스 동물모델에 대한 LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포의 치료효과를 비교한 결과를 나타내는 사진 및 그래프로서, A는 주입후 1, 7, 14 및 21일이 경과한 시점에서 촬영한 마우스 동물모델의 하지부위를 나타내는 사진이고, B는 21일이 경과한 후, 전체 마우스 중에서 하지의 손상정도가 차지하는 비율을 나타내는 그래프이며, C는 주입후 1, 7, 14 및 21일이 경과한 시점에서 촬영한 피부혈류를 나타내는 사진이고, D는 21일이 경과한 후, 전체 마우스 중에서 하지허혈이 치료된 마우스의 비율을 나타내는 그래프이다.
Fig. 1 is a micrograph showing the results of verifying stem cells isolated from human adipose tissue. Fig.
2 is a photograph showing the LED illuminating device.
FIG. 3 is a graph showing the growth rate change of the adipose-derived mesenchymal stem from LED by irradiation.
FIG. 4A is a photograph showing the result of culturing adipose derived mesenchymal stem cells according to the presence or absence of ECM protein coated on a culture container. FIG.
FIG. 4B is a photograph showing the morphological changes of adipose derived mesenchymal stem cells over time during inoculation of adipose-derived mesenchymal stem cells into NTCP and irradiation of light from an LED light source.
FIG. 5 is a photograph and a graph showing the results of measurement of changes in the expression level of angiogenesis-related proteins according to whether irradiation of LEDs or formation of spoiloids is formed.
6 is a photograph showing the result of immunofluorescence staining for an adipose tissue-derived mesenchymal stem cell irradiated with an LED.
The photograph on the right side of FIG. 6 is a photograph showing the result of Western blot analysis to determine whether CD31 is expressed depending on whether the LED is irradiated or not and whether spleoid is formed.
FIG. 7 is a graph showing FACS analysis results of two-dimensional cultured stem cells irradiated with LEDs and stem cells formed with spheroids.
FIG. 8 is a photograph and a graph showing the results of comparing the therapeutic effects of spleen-formed stem cells by irradiating LEDs on an animal model of lower limb ischemic mice, wherein A indicates the time when 1, 7, 14 and 21 days And B is a graph showing the percentage of damage of the lower limb in the whole mouse after 21 days, and C is a graph showing the percentage of damage of the lower limb at 1, 7, 14 and 21 days after injection And D is a graph showing the proportion of mice treated with lower limb ischemia in all the mice after 21 days have elapsed.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example 1: 인간의 지방유래  1: Origin of human fat 중간엽Intermediate lobe 줄기세포의 분리 Isolation of stem cells

인간 피하 지방조직으로부터 다분화능 줄기세포를 분리하고, 이를 그대로 위상차 현미경(Nikon)으로 관찰하거나, DAPI 염색을 수행하여 관찰하거나 또는 유세포분석을 수행하였다. 유세포분석 시에는 중간엽 줄기세포의 확인을 위한 표면항원으로 CD29, CD90 및 CD105를 사용하였고, 줄기세포의 분리, 배양 중 다른 세포의 혼입 여부를 관찰하기 위한 표면항원으로 CD34, CD31, KDR(Flk1) 및α-SMA를 사용하여, 이들의 발현양상을 유세포 분석기(flow cytometry)를 사용하여 분석하였다(도 1).The pluripotent stem cells were isolated from human subcutaneous adipose tissue, and they were observed with a phase contrast microscope (Nikon), DAPI staining was performed, or flow cytometry was performed. CD29, CD90, and CD105 were used as surface antigens for the identification of mesenchymal stem cells, and CD34, CD31, KDR (Flk1, ) And? -SMA, their expression patterns were analyzed using flow cytometry (FIG. 1).

도 1은 인간의 지방조직으로부터 분리한 줄기세포를 검증한 결과를 나타내는 현미경 사진이다. 도 1에서 보듯이, 인간 피하지방 조직에서 분리한 세포가 중간엽 줄기세포의 표현형을 가지는 지방유래 중간엽 줄기세포임을 확인하였다.
Fig. 1 is a micrograph showing the results of verifying stem cells isolated from human adipose tissue. Fig. As shown in Fig. 1, it was confirmed that the cells isolated from human subcutaneous adipose tissue were adipose-derived mesenchymal stem cells having mesenchymal stem cell phenotype.

실시예Example 2:  2: LEDLED 조사에 의한 지방유래  Origin by provocation 중간엽Intermediate lobe 줄기세포의  Stem cell 성장율Growth rate 변화 change

지방유래 중간엽 줄기세포의 성장율 변화를 관찰하기 위해서 WST(Water-soluble Tetrazolium Salts) assay(Dojindo laboratories)를 실시하였다. 대략적으로, 96웰 플레이트에 2 x 103 세포수의 줄기세포를 접종하고, 660nm의 빛을 조사할 수 있는 LED 조사장치를 이용하여 0 내지 6 J/㎠의 빛을 조사하였다. 일정한 시간이 경과한 후, 배양액을 제거하고, 20㎕의 WST 용액과 180㎕의 새로운 배양액을 가하고 37℃에서 4시간동안 반응시킨 다음, OD450에서 흡광도를 측정하였다(도 2 및 3).Water-soluble Tetrazolium Salts (WST) assay (Dojindo laboratories) was performed to observe changes in the growth rate of adipose derived mesenchymal stem cells. Approximately, stem cells of 2 x 10 3 cells were inoculated in a 96-well plate and irradiated with light of 0 to 6 J / cm 2 using an LED irradiation apparatus capable of irradiating light at 660 nm. After a certain time had elapsed, the culture medium was removed, 20 의 of WST solution and 180 의 of fresh culture solution were added, reacted at 37 캜 for 4 hours, and the absorbance was measured at OD450 (Figs. 2 and 3).

도 2는 LED 조사장치를 나타내는 사진이고, 도 3은 LED 조사에 의한 지방유래 중간엽 줄기세퐁의 성장율 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에서 보듯이, 빛의 조사시간이 증가할 수록 줄기세포의 증식이 가속화되었고, 조사되는 빛에 포함된 에너지양이 증가할 수록 줄기세포의 증식수준이 증가하는 양상을 나타내었다. Fig. 2 is a photograph showing the LED irradiating apparatus, and Fig. 3 is a graph showing a change in the growth rate of the sebum-derived mesenchymal stem, which is caused by LED irradiation. As shown in FIG. 3, as the irradiation time of light increased, the proliferation of stem cells was accelerated. As the amount of energy contained in the irradiated light was increased, the proliferation level of stem cells was increased.

특히, 0.5 J/㎠ 이상의 빛을 조사할 경우에 줄기세포의 증식이 촉진되었고, 3 J/㎠의 빛을 조사할 때까지는 빛에 포함된 에너지양에 따라 줄기세포의 증식수준이 비례하는 양상을 나타내었으나, 6 J/㎠의 빛을 조사할 경우에는 줄기세포의 증식수준이 오히려 감소함을 확인하였다. In particular, stem cell proliferation was accelerated when light of 0.5 J / cm 2 or more was irradiated, and the proliferation level of stem cells was proportional to the amount of energy contained in the light until irradiation of 3 J / cm 2 However, when irradiated with light of 6 J / cm 2, it was confirmed that the proliferation level of stem cells was rather reduced.

따라서, 줄기세포의 증식을 촉진시키기 위하여는 0.5 내지 3 J/㎠의 빛을 조사함이 바람직함을 알 수 있었다.
Therefore, in order to promote the proliferation of stem cells, it is preferable to irradiate light of 0.5 to 3 J / cm 2.

실시예Example 3:  3: 중간엽Intermediate lobe 줄기세포의  Stem cell 구상체Spherical body (( spheroidspheroid : 3: 3 DCMDCM , 3D , 3D cellcell massmass ) 형성) formation

배양용기 표면에 대한 지방유래 중간엽 줄기세포의 접착활성과 스페로이드 형성의 상관관계를 조사하기 위하여, ECM 단백질로서 피브로넥틴이 코팅되거나 또는 코팅되지 않은 비-조직세포 배양용 24-웰 플레이트(NTCP, 폴리스티렌)에 웰당 4 × 104 세포/㎠의 지방유래 중간엽 줄기세포를 접종한 후 10% FBS 함유 DMEM/F12 배지에서 3일간 배양하였다. 배양이 종료된 후, 각 세포접착 표면에서 지방유래 중간엽 줄기세포의 스페로이드 형성 여부를 관찰하였다(도 4a). To investigate the correlation between the adherent activity of adipose derived mesenchymal stem cells on the surface of the culture vessel and the formation of spoloids, 24-well plates (NTCP, Polystyrene) was inoculated with 4 x 10 4 cells / cm 2 adipose-derived mesenchymal stem cells per well and cultured in DMEM / F12 medium containing 10% FBS for 3 days. After the culture was terminated, the formation of spheroids of adipose derived mesenchymal stem cells on each cell adhesion surface was observed (Fig. 4A).

도 4a는 배양용기에 코팅된 ECM 단백질의 존재여부에 따른, 지방유래 중간엽 줄기세포를 배양한 결과를 나타내는 사진이다. 도 4에서 보듯이, 표면이 소수성을 띠어 세포접착이 약하게 유도되는 NTCP에서 육안으로 검출가능한 크기로 지방유래 중간엽 줄기세포의 스페로이드가 형성되었는데, 상기 스페로이드는 약 1 mm 이상의 직경을 갖는 것으로 확인되었다. 이에 반하여, 세포접착이 강하게 유도되는 파이브로넥틴이 코팅된 NTCP에서는 지방유래 중간엽 줄기세포가 2차원적으로 플레이트 표면에 넓게 접착된 상태로 단층 배양되어 세포집합체가 형성되지 않음을 확인하였다.FIG. 4A is a photograph showing the result of culturing adipose derived mesenchymal stem cells according to the presence or absence of ECM protein coated on a culture container. FIG. As shown in FIG. 4, sponge of adipose-derived mesenchymal stem cells was formed with a visually detectable size in the NTCP in which the surface was hydrophobic and cell adhesion was weakly induced, and the spheroid had a diameter of about 1 mm or more . On the contrary, in NTCP coated with fibronectin, in which cell adhesion is strongly induced, it was confirmed that adipose derived mesenchymal stem cells were two-dimensionally adhered to the surface of the plate in a single layer, and cell aggregate was not formed.

상기 결과로부터 사용되는 배양용기의 표면에 대한 접착활성에 따라 지방유래 중간엽 줄기세포의 스페로이드 형성이 영향을 받으며, 육안으로 검출가능한 크기의 스페로이드를 형성하기 위해서는 초기에는 세포접착이 약하게 유도되다가 시간이 경과함에 따라 세포 밀도가 증가하면서 세포들이 탈착되어 부유된 상태로 증식하게 되는 폴리스티렌 재질의 NTCP와 같이 표면이 소수성을 띠는 배양용기를 사용하는 것이 바람직함을 확인하였다.
From the above results, the formation of spheroids of adipose derived mesenchymal stem cells is influenced by the adhesion activity to the surface of the culture container used. In order to form spleen of a detectable size visually, initially, cell adhesion is weakly induced It is preferable to use a culture vessel having a hydrophobic surface such as polystyrene-based NTCP that allows cells to be desorbed and proliferated in a suspended state with an increase in cell density over time.

또한, NTCP에서 육안으로 검출가능한 크기의 스페로이드를 형성하는데 요구되는 지방유래 중간엽 줄기세포의 배양시간을 알아보기 위하여, 상기 실시예 1에서 수득된 지방유래 중간엽 줄기세포를 5% FBS 함유 DMEM/F12 배지가 담겨진 NTCP의 각 웰에 0.5 × 104 내지 1× 105 세포/㎠의 농도로 접종하고 매일 10분씩 LED 광원으로부터 빛을 조사하면서 3일동안 배양하였다(도 4b). Further, in order to examine the incubation time of the adipose-derived mesenchymal stem cells required to form a sprooid having a detectable size in the NTCP, the adipose-derived mesenchymal stem cells obtained in Example 1 were suspended in 5% FBS-containing DMEM / F12 medium was incubated at a concentration of 0.5 x 10 < 4 > to 1 x 10 < 5 > cells / cm < 2 > for 10 minutes each day for 3 days while irradiating light from an LED light source (Fig.

도 4b는 지방유래 중간엽 줄기세포를 NTCP에 접종하고, LED 광원으로부터 빛을 조사하면서 배양시간의 경과에 따른 지방유래 중간엽 줄기세포의 형태변화를 나타내는 사진이다. 도 4b에서 보듯이, 3일이 경과된 시점에서 육안으로 검출가능한 크기의 스페로이드가 형성됨을 확인하였다
FIG. 4B is a photograph showing the morphological changes of adipose derived mesenchymal stem cells over time during inoculation of adipose-derived mesenchymal stem cells into NTCP and irradiation of light from an LED light source. As shown in FIG. 4B, it was confirmed that spleoids of a size that can be detected with the naked eye were formed at the end of three days

실시예Example 4:  4: LEDLED 조사에 의한 지방유래 줄기세포의 혈관분화 성장인자 생산량 변화 Changes in the production of angiogenic differentiation factors of adipose-derived stem cells by irradiation

2차원 배양된 줄기세포 그룹(control), 2차원 배양된 줄기세포에 LED를 조사한 그룹(low level light therapy, LLLT), LED 조사없이 스페로이드가 형성된 줄기세포 그룹(spheroid) 및 LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포 그룹(L-spheroid)으로부터 얻어진 각 줄기세포를 대상으로 혈관신생 관련 단백질의 발현수준 변화를 비교하기 위하여, Human Angiogenesis Array Kit (R&D Systems, Ltd., Abingdon, UK)를 사용하여 상기 각 줄기세포로부터 혈관신생 관련 단백질의 발현수준을 측정하였다(도 5). 이때, 상기 각 줄기세포로부터 얻어진 단백질 50mg을 15㎕의 바이오틴이 결합된 검출용 항체와 혼합하여 반응시켰고, 검출신호는 image reader LAS-3000(Kodak, Rochester, NY)을 사용하여 측정한 다음, MultiGauge 4.0 software (Kodak)를 사용하여 분석하였다.Two-dimensional cultured stem cells (control), two-dimensional cultured stem cells with low-level light therapy (LLLT), and spheroids with spheroids without LED illumination To compare the expression levels of angiogenesis-related proteins in the respective stem cells obtained from L-spheroids, human angiogenesis array kit (R & D Systems, Ltd., Abingdon, UK) The expression levels of angiogenesis-related proteins were measured from the respective stem cells (Fig. 5). The detection signals were measured using an image reader LAS-3000 (Kodak, Rochester, NY), and then the detection signals were measured using a MultiGauge 4.0 software (Kodak).

도 5는 LED의 조사여부 및 스페로이드의 형성여부에 따른 혈관신생 관련 단백질의 발현수준 변화를 측정한 결과를 나타내는 사진 및 그래프이다. 도 5에서 보듯이, 2차원 배양된 줄기세포 보다는 스페로이드가 형성된 줄기세포에서 혈관신생 관련 단백질의 발현수준이 증가하였고, 상기 스페로이드가 형성된 줄기세포 중에서도, LED 조사없이 스페로이드가 형성된 줄기세포보다는 LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포에서 혈관신생 관련 단백질의 발현수준이 증가함을 확인하였다.
FIG. 5 is a photograph and a graph showing the results of measurement of changes in the expression level of angiogenesis-related proteins according to whether irradiation of LEDs or formation of spoiloids is formed. 5, expression levels of angiogenesis-related proteins were increased in spleen-formed stem cells rather than two-dimensional cultured stem cells. Among the spleen-formed stem cells, the expression level of spleen- And the level of expression of angiogenesis-related proteins was increased in the stem cells in which the sphere was formed.

실시예Example 5: 스페로이드의  5: Spearoid 면역염색학적Immunostaining 분석 analysis

상기 실시예 1에서 분리한 지방조직 유래 중간엽 줄기세포를 1 × 105 세포/웰의 농도로 24-웰 NTCP(Non-Treated cell culture plate)에 접종하고, LED를 조사하면서 배양하여 스페로이드를 형성시켰다. 상기 형성된 스페로이드를 회수하고, OCT 화합물을 이용하여 -70℃에서 고정한 후 마이크로톰을 이용해 4 ㎛ 두께로 자른 후 그 절편을 슬라이드 글라스에 고정시키고 면역학적 염색을 수행하였다.The adipose tissue-derived mesenchymal stem cells isolated in Example 1 were inoculated into a 24-well NTCP (Non-Treated Cell Culture Plate) at a concentration of 1 × 10 5 cells / / RTI > The formed spheroids were recovered, fixed at -70 ° C using an OCT compound, cut into a thickness of 4 쨉 m using a microtome, and then the sections were immobilized on a slide glass and immunostained.

또 다른 방법으로서, 상기 회수된 스페로이드를 주사기를 이용해 물리적으로 와해시킨 후, 이를 슬라이드 글라스 위에 놓고 4시간 동안 부착시키고, 상기 슬라이드 글라스를 PBS로 수회 세척하였으며, 이를 4% 파라포름알데하이드 용액에 침지하여 30분간 실온에서 고정시킨 다음, 다시 PBS로 세척하고 면역학적 염색을 수행하였다. As another method, the recovered spheroids were physically broken using a syringe, placed on a slide glass for 4 hours, the slide glass was washed several times with PBS, and immersed in 4% paraformaldehyde solution After fixing for 30 minutes at room temperature, the cells were washed again with PBS and immunostained.

상기 면역학적 염색은 상기에서 준비된 슬라이드 글라스를 다양한 분화마커(CD29, CD34, KDR(Flk1) 및 CD31)에 대한 일차항체를 함유한 PBS에 침지하여, 하룻밤 동안 반응시키고, PBS로 3회 세척한 다음, 다시 상기 일차항체에 결합할 수 있는 이차항체를 처리하고, 암실에서 1시간 동안 반응시켜서 수행하였다. 반응이 종결된 후, 슬라이드 글라스를 PBS로 3회 세척하고 봉입(mounting)한 후 형광현미경으로 분석하였다(도 6의 좌측사진).The immunological staining was carried out by immersing the slide glass prepared above in PBS containing primary antibody against various differentiation markers (CD29, CD34, KDR (Flk1) and CD31), reacting overnight, washing three times with PBS , Followed by treatment with a secondary antibody capable of binding to the primary antibody and reaction in a dark room for 1 hour. After the reaction was completed, the slide glass was washed three times with PBS, mounted, and analyzed by fluorescence microscopy (left side of FIG. 6).

도 6의 좌측사진은 LED가 조사된 지방조직 유래 중간엽 줄기세포에 대한 면역형광염색 결과를 나타내는 사진이다. 도 6의 좌측사진에서 보듯이, LED 조사에 의하여 지방유래 중간엽 줄기세포로부터 형성된 스페로이드는 CD29, CD34, Flk1 및 CD31에 대해서는 양성반응을 나타내었다. CD29는 중간엽줄기세포 및 상피세포에서 특이적으로 발현되는 표면항원이고, CD34, KDR(Flk1) 및 CD31은 혈관내피세포에서 특이적으로 발현되는 표면항원이다. 6 is a photograph showing the result of immunofluorescence staining for an adipose tissue-derived mesenchymal stem cell irradiated with an LED. As shown in the photograph on the left side of FIG. 6, the sulforoids formed from the adipose-derived mesenchymal stem cells by the LED irradiation showed positive responses to CD29, CD34, Flk1 and CD31. CD29 is a surface antigen specifically expressed in mesenchymal stem cells and epithelial cells, and CD34, KDR (Flk1) and CD31 are surface antigens specifically expressed in vascular endothelial cells.

따라서, 지방유래 중간엽 줄기세포를 적색 파장대의 광을 조사, 표면이 소수성을 띠는 배양용기에서 배양하여 형성된 spheroid가 지방유래 중간엽 줄기세포로부터 분화된 혈관내피세포로 구성되어 있음을 알 수 있었다.
Thus, it was found that the spheroids formed by culturing the adipose-derived mesenchymal stem cells in a culture vessel having a hydrophobic surface irradiated with light of a red wavelength band were composed of vascular endothelial cells differentiated from adipose-derived mesenchymal stem cells .

한편, 2차원 배양된 줄기세포 그룹(control), 2차원 배양된 줄기세포에 LED를 조사한 그룹(LLLT), LED 조사없이 스페로이드가 형성된 줄기세포 그룹(spheroid) 및 LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포 그룹(spheroid+LLLT)으로부터 얻어진 각 줄기세포를 대상으로 CD31의 발현여부를 확인하기 위하여 웨스턴 블럿 분석을 수행하였다(도 6의 우측사진).On the other hand, when a two-dimensional cultured stem cell group (control), a group (LLLT) irradiated with LED on a two-dimensional cultured stem cell, a stem cell group (spheroid) Western blot analysis was performed on each of the stem cells obtained from the stem cell group (spheroid + LLLT) to determine the expression of CD31 (right picture in FIG. 6).

도 6의 우측사진은 LED의 조사여부 및 스페로이드의 형성여부에 따른 CD31의 발현여부를 웨스턴 블럿 분석을 통해 확인한 결과를 나타내는 사진이다. 도 6의 우측사진에서 보듯이, 스페로이드가 형성된 줄기세포에서만 CD31이 발현되었고, 상기 스페로이드가 형성된 줄기세포 중에서도, LED 조사없이 스페로이드가 형성된 줄기세포보다는 LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포에서 CD31이 더 많이 발현됨을 확인하였다.
The photograph on the right side of FIG. 6 is a photograph showing the result of Western blot analysis to determine whether CD31 is expressed depending on whether the LED is irradiated or not and whether spleoid is formed. As shown in the right picture of FIG. 6, CD31 was expressed only in the spleen-formed stem cells, and among the stem cells formed with the sprooids, LEDs were irradiated rather than the spleen- CD31 < / RTI >

실시예Example 6:  6: LEDLED 조사에 의한 지방유래 줄기세포의 혈관분화  Vascular differentiation of adipose-derived stem cells by irradiation FACSFACS

2차원 배양된 줄기세포에 LED를 조사한 그룹(ASC+LLLT) 및 LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포 그룹(L-spheroid)으로부터 얻어진 각 줄기세포를 대상으로 CD31, Cd34 및 KDR에 대한 FACS 분석을 수행하였다.FACS analysis of CD31, Cd34, and KDR was performed on each stem cell obtained from a group (ASC + LLLT) irradiated with two-dimensional cultured stem cells (ASC + LLLT) and LEDs and obtained from a sprooid-formed stem cell group Respectively.

상기 각 그룹의 줄기세포를 회수하여, 주사기를 이용해 물리적으로 와해시킨 후, 이를 슬라이드 글라스 위에 놓고 4시간 동안 부착시킨 다음, 상기 슬라이드 글라스를 PBS로 수회 세척하였으며, 이를 4% 파라포름알데하이드 용액에 침지하여 30분간 실온에서 고정시키고, 다시 PBS로 세척하였으며, 혈관내피세포에서 특이적으로 발현되는 표면항원인 CD31, Cd34 및 KDR에 대한 면역학적 염색을 수행하였다. The stem cells of each group were collected and physically disrupted using a syringe, placed on a slide glass for 4 hours, and the slide glass was washed several times with PBS. The slide glass was immersed in 4% paraformaldehyde solution Immobilized at room temperature for 30 minutes, washed again with PBS, and immunostained for CD31, Cd34 and KDR, surface antigens specifically expressed in vascular endothelial cells.

상기 면역학적 염색은 상기에서 준비된 슬라이드 글라스를 다양한 분화마커(CD29, CD34, KDR(Flk1) 및 CD31)에 대한 일차항체를 함유한 PBS에 침지하여, 하룻밤 동안 반응시키고, PBS로 3회 세척한 다음, 다시 상기 일차항체에 결합할 수 있는 이차항체를 처리하고, 암실에서 1시간 동안 반응시켜서 수행하였다. 반응이 종결된 후, 슬라이드 글라스를 PBS로 3회 세척하고 봉입(mounting)한 후 FACS 으로 분석하였다(도 7).The immunological staining was carried out by immersing the slide glass prepared above in PBS containing primary antibody against various differentiation markers (CD29, CD34, KDR (Flk1) and CD31), reacting overnight, washing three times with PBS , Followed by treatment with a secondary antibody capable of binding to the primary antibody and reaction in a dark room for 1 hour. After the reaction was terminated, the slide glass was washed 3 times with PBS, mounted and analyzed by FACS (FIG. 7).

도 7는 LED가 조사된 2차원 배양된 줄기세포와 스페로이드가 형성된 줄기세포에 대한 FACS 분석결과를 나타내는 그래프이다. 도 7에서 보듯이, LED 조사에 의하여 형성된 스페로이드는 혈관내피세포에서 특이적으로 발현되는 표면항원인 CD29, CD34, KDR (Flk1) 및 CD31에 대하여 양성반응을 나타냄을 확인하였다.FIG. 7 is a graph showing FACS analysis results of two-dimensional cultured stem cells irradiated with LEDs and stem cells formed with spheroids. As shown in FIG. 7, it was confirmed that the spleroid formed by the LED irradiation showed positive responses to the surface antigens CD29, CD34, KDR (Flk1) and CD31 that are specifically expressed in the vascular endothelial cells.

따라서, LED가 조사된 스페로이드는 지방유래 중간엽 줄기세포로부터 분화된 혈관내피세포의 특징을 나타냄을 알 수 있었다.
Therefore, it can be seen that the irradiated speroids exhibit the characteristics of vascular endothelial cells differentiated from adipose derived mesenchymal stem cells.

실시예Example 7:  7: 하지허혈Ischemia 마우스 동물모델에  Mouse on animal model 스페로이드Speroid 이식 후 치료효과 확인 Check the treatment effect after transplantation

먼저, 5주령의 BALB/c 누드마우스(20 g body weight; Narabio, Seoul, Korea)의 대퇴부 대동맥을 5-0 silk suture을 사용하여 결찰함으로써, 하지허혈 마우스 동물모델을 제작하였다. First, a 5-week-old BALB / c nude mouse (20 g body weight; Narabio, Seoul, Korea) was used to ligate the femoral aorta with 5-0 silk suture.

상기 제작된 하지허혈 마우스 동물모델의 결찰부위에, PBS를 주입하거나(control), 1.5 × 106 세포수의 2차원 배양된 줄기세포를 주입하거나(ASC), LED를 조사하거나(LLLT) 또는 1.5 × 106 세포수의 LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포를 주입하고(L-spheroid) 21일 동안 사육한 다음, 외관, 하지의 손상정도(하지손실, 발괴사 및 회복) 및 피부혈류(cutaneous blood flow)를 촬영 또는 측정하였다(도 8). 이때, 피부혈류 사진은 마우스를 37℃ 열판에 위치시키고, 스캔하여 레이저 도트 칼라 이미지를 촬영하는 방식으로 수득하였다.The ligation site of the prepared dorsal ischemic mouse animal model was injected with PBS (control), 1.5 × 10 6 cells of two-dimensional cultured stem cells (ASC), LED (LLLT) or 1.5 × 10 6 to examine the LED cell number of injected stem cells, the spheroid is formed, and (L-spheroid) 21 il sayuk then exterior damage level of not (no loss, to necrosis and recovered) for the skin and blood stream ( cutaneous blood flow) was photographed or measured (Fig. 8). At this time, the skin blood flow photograph was obtained by placing a mouse on a 37 ° C hot plate, scanning and photographing a laser dot color image.

도 8은 하지허혈 마우스 동물모델에 대한 LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포의 치료효과를 비교한 결과를 나타내는 사진 및 그래프로서, A는 주입후 1, 7, 14 및 21일이 경과한 시점에서 촬영한 마우스 동물모델의 하지부위를 나타내는 사진이고, B는 21일이 경과한 후, 전체 마우스 중에서 하지의 손상정도가 차지하는 비율을 나타내는 그래프이며, C는 주입후 1, 7, 14 및 21일이 경과한 시점에서 촬영한 피부혈류를 나타내는 사진이고, D는 21일이 경과한 후, 전체 마우스 중에서 하지허혈이 치료된 마우스의 비율을 나타내는 그래프이다. 상기 도 8에서 보듯이, LED를 조사하여 스페로이드가 형성된 줄기세포를 사용하면, 하지허혈 마우스에서 발생된 혈관손상을 효과적으로 치료할 수 있음을 알 수 있었다.
FIG. 8 is a photograph and a graph showing the results of comparing the therapeutic effects of spleen-formed stem cells by irradiating LEDs on an animal model of lower limb ischemic mice, wherein A indicates the time when 1, 7, 14 and 21 days And B is a graph showing the percentage of damage of the lower limb in the whole mouse after 21 days, and C is a graph showing the percentage of damage of the lower limb at 1, 7, 14 and 21 days after injection And D is a graph showing the proportion of mice treated with lower limb ischemia in all the mice after 21 days have elapsed. As shown in FIG. 8, it can be seen that the use of stem cells formed with the steroids by irradiating the LEDs can effectively treat vascular lesions generated in the lower limb ischemic mice.

Claims (6)

지방유래 중간엽 줄기세포를 표면이 소수성을 띠는 배양용기에 접종하고 배양하면서, 5 내지 30 mW/㎠ 및 600 내지 700nm 파장의 빛을 상기 지방유래 중간엽 줄기세포 또는 스페로이드를 형성한 상태의 지방유래 중간엽 줄기세포에 조사하는 단계를 포함하는 지방유래 중간엽 줄기세포를 혈관내피세포로 분화시키는 방법.
Derived mesenchymal stem cells are inoculated into a culture vessel having a hydrophobic surface and incubated with light of 5 to 30 mW / cm 2 and 600 to 700 nm in the state of forming the adipose-derived mesenchymal stem cells or spoloids Derived mesenchymal stem cells, comprising the step of irradiating the mesenchymal stem cells with adipose-derived mesenchymal stem cells into vascular endothelial cells.
제1항에 있어서,
상기 소수성을 띠는 배양용기는 소수성을 부여하는 고분자로 표면 처리된 배양용기 또는 상기 고분자로 제조된 배양용기인 것인 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrophobic culture container is a culture container surface-treated with a polymer imparting hydrophobicity or a culture container made of the polymer.
제1항에 있어서,
상기 소수성을 부여하는 고분자는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐클로라이트(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 지방족 폴리에스테르계 고분자로서, 폴리(L-락트산)(PLLA), 폴리(D,L-락트산)(PDLLA), 폴리(글리콜산)(PGA), 폴리(카프로락톤)(PCL), 폴리(하이드록시알카노에이트), 폴리다이옥산온(PDS), 폴리트라이메틸렌카보네이트, 이들의 유도체 및 이들의 공중합체로 구성된 군으로부터 선택되는 화합물인 것인 방법.
The method according to claim 1,
The hydrophobic polymer may be selected from the group consisting of polystyrene, polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluor (PLLA), poly (D, L-lactic acid) (PDLLA), poly (glycolic acid) (PGA), poly (caprolactone) (PCL ), Poly (hydroxyalkanoate), polydioxanone (PDS), polytrimethylene carbonate, derivatives thereof, and copolymers thereof.
제1항에 있어서,
지방유래 중간엽 줄기세포의 접종밀도는 1 × 105 내지 2 × 106 세포/㎠인 것인 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the inoculation density of adipose derived mesenchymal stem cells is 1 x 10 5 to 2 x 10 6 cells / cm 2.
제1항에 있어서,
상기 빛은 지방유래 중간엽 줄기세포로부터 1 내지 5cm의 간격을 두고 위치한 LED 광원을 이용하여 1일 10 내지 15분 동안 조사하는 것인 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the light is irradiated for 10-15 minutes per day using an LED light source positioned at an interval of 1-5 cm from adipose-derived mesenchymal stem cells.
제1항에 있어서,
상기 지방유래 중간엽 줄기세포는 LED 조사에 의하여 스페로이드를 형성한 다음, 혈관내피세포로 분화되는 것인 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the adipose-derived mesenchymal stem cells are differentiated into vascular endothelial cells after spore formation by LED irradiation.
KR1020140076412A 2014-06-23 2014-06-23 Mehtod for inducing differentiation of mesenchymal stromal cells using light with red wavelength KR101719870B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140076412A KR101719870B1 (en) 2014-06-23 2014-06-23 Mehtod for inducing differentiation of mesenchymal stromal cells using light with red wavelength
PCT/KR2015/006371 WO2015199416A1 (en) 2014-06-23 2015-06-23 Pharmaceutical composition for treating skin or vascular tissue damage and use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140076412A KR101719870B1 (en) 2014-06-23 2014-06-23 Mehtod for inducing differentiation of mesenchymal stromal cells using light with red wavelength

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160000029A true KR20160000029A (en) 2016-01-04
KR101719870B1 KR101719870B1 (en) 2017-03-27

Family

ID=55164015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140076412A KR101719870B1 (en) 2014-06-23 2014-06-23 Mehtod for inducing differentiation of mesenchymal stromal cells using light with red wavelength

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101719870B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180075126A (en) * 2016-12-26 2018-07-04 한국과학기술원 Platform for preparing surface stimuli-responsive 3D multicellular spheroids and Use Thereof
KR20200068371A (en) 2018-12-05 2020-06-15 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Method of differentiation of embryonic stem cell toward otic lineage using photobiomodulation

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102143212B1 (en) 2019-04-17 2020-08-10 성균관대학교산학협력단 Method for culturing stem cell using oled
KR20210021165A (en) 2019-08-14 2021-02-25 아주대학교산학협력단 The pharmaceutical composition for wound healing comprising conditioned medium containing cell spheroid derived from adipose-derived stem cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Lasers Med Sci., Vol. 27, No. 2, pp. 509-519 (2012.03.)* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180075126A (en) * 2016-12-26 2018-07-04 한국과학기술원 Platform for preparing surface stimuli-responsive 3D multicellular spheroids and Use Thereof
KR20200068371A (en) 2018-12-05 2020-06-15 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Method of differentiation of embryonic stem cell toward otic lineage using photobiomodulation

Also Published As

Publication number Publication date
KR101719870B1 (en) 2017-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sundelacruz et al. Bioelectric modulation of wound healing in a 3D in vitro model of tissue-engineered bone
JP2021104021A (en) Methods and compositions for generating chondrocyte lineage cells and/or cartilage like tissue
Wang et al. Redirecting valvular myofibroblasts into dormant fibroblasts through light-mediated reduction in substrate modulus
Stephansson et al. Enhanced expression of the osteoblastic phenotype on substrates that modulate fibronectin conformation and integrin receptor binding
Morikawa et al. Examining the potency of subacromial bursal cells as a potential augmentation for rotator cuff healing: An in vitro study
Vats et al. Chondrogenic differentiation of human embryonic stem cells: the effect of the micro-environment
CA2921948C (en) Method for preparing pluripotent stem cells
Abeysinghe et al. Pre-differentiation of human neural stem cells into GABAergic neurons prior to transplant results in greater repopulation of the damaged brain and accelerates functional recovery after transient ischemic stroke
Jiang et al. Improvement of the survival of human autologous fat transplantation by adipose-derived stem-cells-assisted lipotransfer combined with bFGF
KR101719870B1 (en) Mehtod for inducing differentiation of mesenchymal stromal cells using light with red wavelength
CN104204193A (en) Culturing of mesenchymal stem cells
KR101885122B1 (en) Spheroidal culture method of tonsil-derived mesenchymal stem cells for accelerating differentiation efficacy and maintenance of stemness
Sanjurjo-Rodriguez et al. Ovine mesenchymal stromal cells: morphologic, phenotypic and functional characterization for osteochondral tissue engineering
Roman Regueros et al. Acute in vivo response to an alternative implant for urogynecology
KR20160034541A (en) 3d method for osteogenic differentiation using hydrogel
CN106459906A (en) Method of producing skin-derived precursor cells
Nakano et al. Differentiation of canine bone marrow stromal cells into voltage-and glutamate-responsive neuron-like cells by basic fibroblast growth factor
Okita et al. Supplementation of strontium to a chondrogenic medium promotes chondrogenic differentiation of human dedifferentiated fat cells
Neo et al. Temporal profiling of the growth and multi‐lineage potentiality of adipose tissue‐derived mesenchymal stem cells cell‐sheets
Schmal et al. Comparison of regenerative tissue quality following matrix-associated cell implantation using amplified chondrocytes compared to synovium-derived stem cells in a rabbit model for cartilage lesions
CN102884177B (en) CD49F promoting proliferation, multipotency and reprogramming of adult stem cells through PI3K/AKT/GSK3 pathway
Miao et al. Osteogenic differentiation capacity of in vitro cultured human skeletal muscle for expedited bone tissue engineering
CN108601799A (en) High potential human mesenchymal stem cell is enriched with and expanded from older cell mass
Buján et al. Muscle‐derived stem cells used to treat skin defects prevent wound contraction and expedite reepithelialization
Marshall et al. In vitro and in vivo osteogenic differentiation of human adipose-derived stromal cells

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 4