KR20170011676A - Methods for Differentiating Stem Cells To Hepatocytes Using Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate Derived from Decellularized Organ Tissue - Google Patents

Methods for Differentiating Stem Cells To Hepatocytes Using Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate Derived from Decellularized Organ Tissue Download PDF

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Abstract

The present invention relates to methods for differentiating stem cells to hepatocytes using a biocompatible solubilized scaffold extract derived from decellularized organ tissue, and to a composition for inducing differentiation. The present invention relates to the methods for differentiating the stem cells to the hepatocytes using the biocompatible solubilized scaffold extract derived from the decellularized organ tissue, and a medium composition for differentiation induction from the stem cells to the hepatocytes show that decellularized liver tissue which can provide survival of induced pluripotent stem cells and 2D (two-dimensional) or 3D (three-dimensional) microenvironment for the differentiation to the hepatocytes, and can be effectively used in the differentiation or a culture of the induced pluripotent stem cells.

Description

탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물을 이용하여 줄기세포를 간세포로 분화시키는 방법{Methods for Differentiating Stem Cells To Hepatocytes Using Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate Derived from Decellularized Organ Tissue}[0001] The present invention relates to a method for differentiating stem cells into hepatocytes using biocompatible solubilized scaffold concentrates derived from depleted biocompatible tissues, and more particularly, to a method for differentiating stem cells into hepatocytes using biocompatible solubilized scaffold concentrates derived from de-

본 발명은 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물을 이용하여 줄기세포를 간세포로 분화시키는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for differentiating stem cells into hepatocytes using a biocompatible solubilized scaffold concentrate derived from a defatted living tissue.

동소 간(Orthotopic liver) 이식은 말기 간 질환 환자를 살리기 위한 유일한 표준 치료이다. 이러한 절차와 관련하여 기증 간에 대한 수요, 간 기증자의 부족뿐 만 아니라 이식 후 거부 반응과 같은 심각한 문제가 있다. 기증자 기관의 만성적 부족을 보완하기 위한 하나의 잠재적인 방법은 생체 인공(bioartificial) 간 및 보조(secondary livers) 간을 개발하는 것이다. 간은 구조가 매우 복잡하고, 해독, 단백질 합성 및 분해에 필요한 생화학 물질의 생산을 포함하여 신체 내에서 다양한 기능들을 갖는다. 따라서, 구성 요소, 구조 및 기능에 있어서, 간과 동일한 인공 지지체(scaffold)를 제조하는 것은 어렵다. 또한, 양호한 생체 적합성, 적합한 다공성을 가지며 조성, 형태, 구조 상 생체 간과 유사해야 한다. 따라서, 조직 공학, 장기 이식 및 약물 스크리닝을 위한 기능적인 생체 공학적 간의 제조는, 탈세포화 과정을 이용하여 구축될 수 있다. 계면활성제(detergent)를 이용하여 간 조직으로부터 세포 내 구성 요소를 완전히 제거하면, 온전한 간 특이 ECM 및 혈관 네트워크의 구조적 및 기능적 특징들은 잘 보존된다. 조직 공학에 있어 탈세포화된 매트릭스의 응용 잠재력은 방광, 동맥, 식도, 피부 및 기관을 포함한 다수의 조직에 대해 확인된 바 있다. 조직 또는 장기의 탈세포화는 세포 배양 및 이식을 위한 기능 적 스캐폴드를 제조하는 유망한 접근법으로 연구되어 왔다. Orthotopic liver transplantation is the only standard treatment for patients with end-stage liver disease. There are serious problems with these procedures, such as the need for donor liver, the lack of liver donors, as well as post-transplant rejection. One potential way to complement the chronic shortage of donor agencies is to develop between bioartificial liver and secondary livers. The liver is very complex in structure and has various functions within the body, including the production of biochemicals necessary for detoxification, protein synthesis and degradation. Therefore, it is difficult to manufacture a scaffold that is the same as the liver in terms of components, structure and function. It also has good biocompatibility, suitable porosity, and should be similar in composition, morphology and structure to the living body. Thus, the functional biomechanical liver fabrication for tissue engineering, organ transplantation and drug screening can be constructed using a de-saturation process. When the intracellular components are completely removed from the liver tissue using a detergent, the structural and functional characteristics of the intact liver-specific ECM and vascular network are well preserved. The application potential of de-saturated matrix in tissue engineering has been identified for a number of tissues including bladder, artery, esophagus, skin and organs. Degeneration of tissues or organs has been studied as a promising approach to the production of functional scaffolds for cell culture and transplantation.

재생 의학 및 조직 공학용 인공 간을 개발하기 위해서는, 두 가지 기본적이고 상호보완적인 핵심 요소가 요구된다. 첫 번째는, 모든 세포외 기질(extracellular matrix) 단백질을 보존하고 천연 간 구조를 모방한 생물학적으로 호환가능한 스캐폴드이다. 합성 또는 천연 유래의 다수의 기질들이 간 조직 공학에 이용되어 왔다. 그러나, 대부분의 합성 기질들은 생체 적합성에 문제가 있었다. 탈세 포화 간 스캐폴드는 세포외 기질, 단백질 및 혈관을 유지하고 있어 가장 적합하고 신뢰할 수 있는 소스이다. 두 번째는, 정상적인 간 기능 수행하도록 지지할 수 있는 리시딩(reseeding)을 위한 적합한 세포 공급원이다. 성공적인 조직 재생을 위해서는 조직을 구성하는 세포가 필수적이다. 증식 활성 및 세포 분화 잠재력을 고려할 때, 줄기 세포가 실질적으로 유망한다. 자가재생(self-renewal)은 줄기세포에 멀티- 분화능(multi-potential differentiation ability)을 부여하는 줄기세포 고유의 특성이다. 간 세포로 분화 할 수 있는 성체 줄기 세포(adult stem cells), 태아 간 전구세포(fetal hepatic progenitor) 및 만능 줄기세포(pluripotent stem cells)와 같은 많은 세포 소스가 있다. 그러나, 간세포로의 성체 줄기세포의 분화 가능성은 여전히 논란이 있고, 다능성 줄기세포는 간세포 분화에 대해 유망한 것으로 나타났다. 한편, 간 조직으로부터 플라스틱 인 비트로 상 분리 및 배양된 간세포들은 연약하다. 이러한 세포들은 빠르게 간-특이 기능을 잃고, 인해 적절한 환경 기반의 부족으로 세포 사멸사하는 경향이 있다. In order to develop artificial liver for regenerative medicine and tissue engineering, two basic and complementary key elements are required. The first is a biologically compatible scaffold that conserves all extracellular matrix proteins and mimics natural liver structures. A number of synthetic or naturally derived substrates have been used in liver tissue engineering. However, most synthetic substrates were biocompatible. The depleted hepatic scaffold is the most suitable and reliable source for maintaining extracellular matrix, proteins and blood vessels. The second is a suitable cell source for reseeding that can support normal liver functioning. Cells constituting the tissue are essential for successful tissue regeneration. Considering proliferative activity and cell differentiation potential, stem cells are actually promising. Self-renewal is a characteristic of stem cells that imparts multi-potential differentiation ability to stem cells. There are many cell sources such as adult stem cells, fetal hepatic progenitor, and pluripotent stem cells that can differentiate into hepatocytes. However, the possibility of adult stem cell differentiation into hepatocytes is still controversial, and pluripotent stem cells are promising for hepatocyte differentiation. On the other hand, hepatocytes separated and cultured in a plastic in vitro from liver tissue are fragile. These cells rapidly lose their liver-specific function and, due to lack of proper environmental basis, tend to die of apoptosis.

역분화 줄기세포(iPS, Induced pluripotent stem cells, 유도만능줄기세포)는 인 비트로 및 인 비보 상에서 간세포로 분화할 수 있는 잠재력을 유지하면서, 인 비트로 상에서 무제한적으로 증식하는 증식능을 가지고 있기 때문에, 재생 치료를 위한 최선의 모델을 고려된다. Induced pluripotent stem cells (iPS) have the ability to proliferate indefinitely on in vitro while retaining the potential to differentiate into hepatocytes on in vitro and in vivo, The best model for treatment is considered.

그러나, 역분화 줄기세포는 환자 맞춤형 줄기세포로서 면역거부반응이 없고 무한정 공급이 가능하다는 장점이 있어 현재 각광받고 있지만 아직 여러 가지 한계점으로 인하여 실용화되지 못하고 있다. However, degenerative stem cells are currently the subject of customized stem cells because they have no immune rejection response and are capable of infinite supply. However, they have not been put to practical use due to various limitations.

그 중 한가지 문제는 특정세포로 분화시 그 효율이 낮다는 점이다. 역분화 줄기세포로부터 분화된 간(Liver)세포의 경우 실제 간세포와 비교하였을 때 간 특이적 마커 발현이나 기능적인 면에서 그 효율이 매우 낮아 실용화를 위해서는 분화효율을 높이는 기술개발이 필요하지만 현재 연구가 미진한 실정이다.One problem is that the efficiency of differentiation into specific cells is low. In liver cells differentiated from degenerated stem cells, the efficiency of liver-specific marker expression or function is very low as compared with the actual hepatocyte. Therefore, it is necessary to develop a technique for increasing the differentiation efficiency for practical use. It is insufficient.

최근의 연구들은 주로 탈세포화된 전체 간 구조의 응용에 초점을 맞추고 있다. 또한, 코팅 물질 또는 주사 가능한 하이드로 겔과 같은 다른 종류의 생체 물질을 제조하기 위한 탈세포화된 간 조직의 범용성도 연구되고 있다. 세포 특이적인 인 비보 미세 환경에 보다 가깝게 모방할 수 있으므로, 특정 조직으로부터 자연적인 ECM을 얻고 이용하는 것은 이상적인 성장 환경을 제공 할 수 있다. 탈세 포화 기술의 발달로, 완전한 신규한 생체 재료로서의 조직 특이적 세포외 기질(ECM)은 많은 연구자들의 관심을 끌고 있다. 단일 단백질의 다양한 연구 조합에서, 콜라겐, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 라미닌 또는 매트리겔은 코팅 물질로서 사용되었지만, 그들은 조직-특이적 결합 또는 다양한 단백질 및 다당류의 비율적인 면에서, 인 비보 ECM을 완벽하게 캡슐화시키지 않는다. ECM 스캐폴드 및 기질(substrate)은 조직 공학을 위한 이상적인 후보이다. ECM은 콜라겐, 엘라스틴, 피브로넥틴, 라미닌 및 글리코사미노글리칸(GAG)과 같은 섬유질 단백질의 교합하는 그물망을 구성하기 때문이다. 또한, ECM은 성장인자(GF)의 결합 및 세포-표면 수용체와의 상호작용하면서 중요한 형태학적 조직 및 생리학적 기능을 지시하여 시그널 전달을 유도하고, 유전자 전사를 조절한다.Recent studies have focused primarily on the application of depleted whole liver structures. In addition, the versatility of de-saturated liver tissue for the production of coating materials or other types of biomaterials such as injectable hydrogels is being studied. Obtaining and using natural ECMs from specific tissues can provide an ideal growth environment as they can mimic the cell-specific in vivo microenvironment more closely. With the development of de-saturation techniques, tissue-specific extracellular matrix (ECM) as a whole new biomaterial has attracted the attention of many researchers. Although collagen, fibronectin, bitonectin, laminin or matrigel have been used as coating materials in a variety of combinations of single proteins, they have been shown to encapsulate in vivo ECM completely in terms of tissue-specific binding or the ratio of various proteins and polysaccharides Do not. ECM scaffolds and substrates are ideal candidates for tissue engineering. ECM constitutes a network of occlusion of fibrous proteins such as collagen, elastin, fibronectin, laminin and glycosaminoglycan (GAG). In addition, ECM directs important morphological and physiological functions by binding of growth factor (GF) and interaction with cell-surface receptors to induce signal transduction and regulate gene transcription.

본 연구에서 본 발명자들은, 간 세포외 매트릭스로부터 지략적인 플랫폼을 개발하여, 상술한 두 가지 기능을 제공하며 역분화 줄기 세포 배양에 생체 적합한 2-차원 기질 코팅 물질 및 3-차원 바이오 매트릭스를 제공하였다. 또한, 이러한 3D 바이오 매트릭스에 iPS 세포들을 접종하여, 간세포로의 분화를 유도하고 유도된 간세포들의 생체 적합성 및 생존율을 확인하였다. 따라서, 탈세포화된 간 조각이 iPS 생존 및 간세포로의 분화를 위한 효율적이고 생체모방적인(biomimetic) 2D 및 3D 미세환경을 제공할 수 있음을 보여주며, 이는 간 조직 공학에서의 응용 가능성을 나타낸다.
The present inventors developed an elaborate platform from the extracellular matrix to provide the above two functions and provide a biocompatible two-dimensional matrix coating material and a three-dimensional biomatrix for degenerative stem cell culture . In addition, iPS cells were inoculated into the 3D biomatrix to induce differentiation into hepatocytes, and the biocompatibility and survival rate of induced hepatocytes were confirmed. Thus, de-saturated liver slices can provide efficient and biomimetic 2D and 3D microenvironment for iPS survival and hepatocyte differentiation, indicating applicability in liver tissue engineering.

본 발명자들은 생체 조직 유래의 신규한 생체적합성 물질을 이용한 역분화 줄기세포(iPS)의 배양 또는 간세포로의 분화를 위한 방법을 개발하고자 예의 노력하였다. 그 결과, 간 세포외 매트릭스로부터 지략적인 플랫폼을 개발하여, 생체 적합한 2-차원 기질 코팅 물질인 돼지 간 스캐폴드 유래 물질 농축액 [LECM(liver extracellular matrix); 이하, 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물(Solubilized Scaffold Concentrate)] 및 3-차원 바이오 매트릭스를 제공하였고, 이를 이용하여 iPS 세포를 간세포로 분화시켜 상기 분화된 간세포들(iPSC-Heps)의 생체 적합성 및 이식생존율을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다. The present inventors have made efforts to develop a method for culturing degenerated stem cell (iPS) or differentiation into hepatocytes using a new biocompatible material derived from a living tissue. As a result, an elaborate platform has been developed from the extracellular extracellular matrix to produce a biocompatible two-dimensional matrix coating material, a liver extracellular matrix (LECM); Hereinafter, a biocompatible solubilized scaffold concentrate derived from degenerated biotissue) and a 3-dimensional biomatrix are provided, and iPS cells are differentiated into hepatocytes by using the same, and the differentiated hepatocytes (iPSC- Heps) and biocompatibility and transplant survival rate.

따라서, 본 발명의 목적은 줄기세포(Stem Cells)로부터 간세포(Hepatocytes)로의 분화 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of differentiating stem cells into hepatocytes.

본 발명의 다른 목적은 줄기세포로부터 간세포로의 분화 유도용 배지 조성물을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a medium composition for inducing the differentiation of stem cells into hepatocytes.

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

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 줄기세포(Stem Cells)로부터 간세포(Hepatocytes)로의 분화 방법을 제공한다:According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method of differentiating stem cells into hepatocytes comprising the steps of:

(a) 코팅용 기질 및/또는 지지세포로 코팅된 배양 용기에 줄기세포를 배양하여 배아체(Embryoid Bodies, EBs)를 형성 및 배양하는 단계; (a) forming and culturing embryoid bodies (EBs) by culturing stem cells in a culture container coated with a coating substrate and / or supporting cells;

(b) 상기 (a) 단계의 배양시 분화 유도 물질을 단계별로 첨가하여 간세포로의 분화를 유도하는 단계; 및(b) inducing differentiation into hepatocytes by adding the differentiation inducing substances in the step (a) stepwise; And

(c) 상기 (b) 단계의 분화 유도시 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물(Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate)을 첨가하여 간세포의 분화율을 증진시키는 단계.(c) adding a biocompatible solubilized scaffold concentrate derived from the defatted biomaterial to induce the differentiation of step (b), thereby enhancing the differentiation rate of hepatocytes.

상기 (a) 단계의 배양 용기는 코팅용 기질 및/또는 지지세포로 코팅된다. 상기 코팅용 기질과 지지세포는, 세포의 배양 및 분화를 위하여 당업계에 공지된 어떠한 임의의 물질 또는 지지세포를 이용할 수 있다. The culture container of step (a) is coated with a coating substrate and / or supporting cells. The coating substrate and supporting cells may be any material or support cell known in the art for culturing and differentiating cells.

본 발명에서, 상기 배양 용기는 젤라틴, 매트리겔, 콜라겐 및 STO(STO feeder cell)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상으로 코팅되며, 바람직하게는, 상기 배양 용기는 매트리겔 및 콜라겐으로 코팅된다.In the present invention, the culture container is coated with at least one selected from the group consisting of gelatin, matrigel, collagen and STO feeder cells, and preferably the culture container is coated with matrigel and collagen.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (a) 단계의 줄기세포는 역분화 줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cells, iPSC), 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell), 골수유래 줄기세포(Marrow-derived Stem Cell), 지방유래줄기세포(Adipose tissue-derived Stem Cells) 및 태반유래 줄기세포(Placenta-derived Stem Cells)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하나, 이에 한정되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the stem cells of step (a) may be selected from the group consisting of Induced Pluripotent Stem Cells (iPSC), Embryonic Stem Cells, Marrow-derived Stem Cells Derived stem cells, placenta-derived stem cells, adipose tissue-derived stem cells, placenta-derived stem cells, and the like, and may be appropriately selected depending on the purpose have.

본 발명에서, 상기 줄기세포는 바람직하게는 역분화 줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cells, iPSC), 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell) 또는 골수유래 줄기세포(Marrow-derived Stem Cell)이고, 가장 바람직하게는 역분화 줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cells, iPSC)이다.In the present invention, the stem cells are preferably Induced Pluripotent Stem Cells (iPSC), Embryonic Stem Cells or Marrow-derived Stem Cells, and most preferably, Induced Pluripotent Stem Cells (iPSC).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (b) 단계의 간세포로의 분화를 유도하는 단계는, (가) Y27362 및/또는 액티빈 A(activin A)을 첨가하는 단계; According to a preferred embodiment of the present invention, the step (b) of inducing differentiation into hepatocytes comprises the steps of: (a) adding Y27362 and / or activin A;

(나) BMP4(bone morphogenetic protein 4) 및/또는 bFGF(basic fibroblast growth factor)를 첨가하는 단계; (B) adding bone morphogenetic protein 4 (BMP4) and / or basic fibroblast growth factor (bFGF);

(다) HGF(porcine hepatocyte growth factor) 및/또는 ITS(insulin-transferrin-selenium X)를 첨가하는 단계; 및 (C) adding HGF (porcine hepatocyte growth factor) and / or ITS (insulin-transferrin-selenium X); And

(라) OSM(oncostatin M), DEX(dexamethasone) 및 ITS(insulin-transferrin-selenium X)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 첨가하는 단계;(D) adding at least one selected from the group consisting of OSM (oncostatin M), DEX (dexamethasone) and ITS (insulin-transferrin-selenium X);

로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단계로 실시될 수 있으며, 상기 단계들은 순차 또는 동시적으로 반복 실시될 수 있다., And the steps may be repeated in sequence or simultaneously.

보다 바람직하게는, 상기 (b) 단계의 간세포로의 분화를 유도하는 단계는 (라) OSM(oncostatin M), DEX(dexamethasone) 및 ITS(insulin-transferrin-selenium X)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 첨가하는 것이고, 가장 바람직하게는 OSM(oncostatin M), DEX(dexamethasone) 및 ITS(insulin-transferrin-selenium X)를 첨가하는 것이다.More preferably, the step (b) of inducing differentiation into hepatocytes comprises the steps of: (1) culturing a hepatocyte selected from the group consisting of oncostatin M, dexamethasone, and insulin-transferrin-selenium X And most preferably OSM (oncostatin M), DEX (dexamethasone) and ITS (insulin-transferrin-selenium X).

본 발명의 일 실시예에서는, 상기 분화 유도 단계는 4 단계의 분화 프로토콜(도 1D)로 이용한다. 1 단계로서, 첫째 날, 10 mM Y27362와 함께 100 ng/㎖ 액티빈 A(activin A, Act A)을 처리하고, 2-5 일째에, 100 ng/㎖ 액티빈 A가 있는 분화 배지를 이용한다. 2 단계로서, 20 ng/㎖ BMP4(bone morphogenetic protein 4) 및 10 ng/㎖ bFGF를 이 후 5 일 동안 공급한다. 3 단계로서, 10-15 일째에, 20 ng/㎖ HGF(porcine hepatocyte growth factor) 및 ITS(insulin-transferrin-selenium X)(Gibco/Life Technologies)를 이용한다. 4 단계로서, 세포들을 20 ng/㎖ OSM(oncostatin M)(ProSpec), 10-7 M DEX(dexamethasone)(Sigma-Aldrich), 및 ITS로 5 일 동안 배양한다.In one embodiment of the present invention, the differentiation inducing step is used as a four-step differentiation protocol (FIG. 1D). As the first step, 100 ng / ml Actin A (Act A) is treated with 10 mM Y27362 on the first day, and on the 2-5th day, differentiation medium with 100 ng / ml Actibin A is used. As a second step, 20 ng / ml BMP4 (bone morphogenetic protein 4) and 10 ng / ml bFGF are then fed for 5 days. As a third step, 20 ng / ml porcine hepatocyte growth factor (HGF) and insulin-transferrin-selenium X (Gibco / Life Technologies) are used at 10-15 days. As a fourth step, cells are cultured for 5 days with 20 ng / ml OSM (oncostatin M) (ProSpec), 10-7 M DEX (dexamethasone) (Sigma-Aldrich), and ITS.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (c) 단계의 가용화 스캐폴드 농축물은 총 배지 부피의 1% 내지 40%로 혼입되며, 보다 바람직하게는 1% 내지 20%이고, 보다 더욱 바람직하게는 5% 내지 15%이며, 가장 바람직하게는 10%이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the solubilized scaffold concentrate of step (c) is incorporated at 1% to 40% of the total volume of the medium, more preferably 1% to 20% 5% to 15%, and most preferably 10%.

본 발명에서, 상기 (c) 단계의 가용화 스캐폴드 농축물은 하기와 같은 단계에 의해 제조된다:In the present invention, the solubilized scaffold concentrate of step (c) is prepared by the following steps:

(c-1) 생체 조직을 탈세포화(decellularization)하는 단계;(c-1) decellularizing the biotissue;

(c-2) 상기 탈세포화된 조직으로부터 세포외 기질(ECM, Extracellular Matrix)을 수득하는 단계;(c-2) obtaining an extracellular matrix (ECM) from the degummed tissue;

(c-3) 상기 (c-2) 단계의 ECM을 동결건조 후 분쇄하여 분말을 형성하는 단계;(c-3) lyophilizing the ECM of the step (c-2) and pulverizing the powder to form a powder;

(c-4) 상기 (c-3) 단계의 분말에 산용액을 첨가하여 산추출한 산가용성 추출물을 수득하는 단계;(c-4) obtaining an acid-soluble extract obtained by adding an acid solution to the powder of the step (c-3) to obtain an acid-extracted extract;

(c-5) 상기 (c-4) 단계의 산가용성 추출물에 펩신을 첨가하여 분해한 펩신 가용화 추출물을 수득하는 단계;(c-5) obtaining pepsin solubilized extract by the addition of pepsin to the acid-soluble extract of step (c-4);

(c-6) 상기 (c-5) 단계의 펩신 가용화 추출물을 중화하여 가용성 추출물을 수득하는 단계;(c-6) neutralizing the pepsin-solubilized extract of step (c-5) to obtain a soluble extract;

(c-7) 상기 (c-6) 단계의 가용성 추출물을 농축하여 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물을 수득하는 단계.(c-7) concentrating the soluble extract of step (c-6) to obtain a biocompatible solubilized scaffold concentrate.

본 발명의 상기 (c-1) 단계의 생체 조직은 포유류로부터 분리된 조직으로, 탈세포화시켜 세포외 기질(ECM, Extracellular Matrix)을 수득할 수 있는 한 어떠한 포유류의 조직도 포함할 수 있다. The biotissue of the step (c-1) of the present invention is a tissue isolated from a mammal, and may include tissues of any mammal so long as it can be depolarized to obtain an extracellular matrix (ECM).

본 발명에서 간세포로의 분화를 언급하면서 사용되는 용어 "가용화 스캐폴드 농축물(Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate) "는 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 물질을 농축한 농축액을 의미하며, 본 명세서 내에서 LECM(liver extracellular matrix)와 혼용된다.The term "Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate " used herein to refer to the differentiation into hepatocytes in the present invention means a concentrate obtained by concentrating a biocompatible material derived from a defatted living tissue. In the present specification, LECM (liver extracellular matrix).

바람직하게는, 돼지, 소, 말, 토끼, 개, 고양이, 양, 염소, 인간, 비인간 영장류, 기니 피크, 또는 설치류으로부터 분리된 조직이고, 보다 바람직하게는 돼지 또는 소이며, 가장 바람직하게는 돼지이다.It is preferably a tissue isolated from pigs, cows, horses, rabbits, dogs, cats, sheep, goats, humans, non-human primates, guinea pigs or rodents, more preferably pigs or cows, to be.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (c-1) 단계의 생체 조직은 간, 심장, 신장, 위, 소장, 대장, 비장, 방광, 폐 또는 피부이고, 보다 바람직하게는 간, 심장 또는 신장이며, 가장 바람직하게는 간이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the living tissue of the step (c-1) is a liver, a heart, a kidney, a stomach, a small intestine, a large intestine, a spleen, a bladder, a lung or a skin, And most preferably liver.

본 명세서에서 사용되는 용어 "스캐폴드(scaffold)"란, 조직공학(Tissue engineering)에 사용되는 용어로서, 생체 세포를 안착시켜 세포와 여러 가지 물질들의 조합을 이용하는 구조물을 말하며, 바이오 스캐폴드란 생체 구조물, 즉, 생체 장기를 탈세포화(decellularization)시켜 세포를 제거한 후, 미세구조 및 장기의 윤곽만을 남긴 구조물(주형물)을 의미한다.As used herein, the term "scaffold " refers to a structure used for tissue engineering, which uses a combination of cells and various materials by placing a living cell. The term " scaffold " Refers to a structure (template) which is formed by decellularizing a structure, that is, a biological organ to remove cells and leaving only the outline of microstructure and organs.

따라서, 본 명세서에서 사용되는 용어 "가용화 스캐폴드 농축물(Solubilized Scaffold Concentrate)"는, 상술한 생체 구조물인 스캐폴드의 가용성 농축물을 의미한다.Thus, the term " Solubilized Scaffold Concentrate "as used herein refers to a soluble concentrate of the scaffold that is the biological construct described above.

본 발명에서 상기 농축물은, 바람직하게는 상술한 바와 같이 제조된 가용성 추출물을 2 배 내지 100 배로 농축하는 것이며, 보다 바람직하게는 5 배 내지 50 배이고, 가장 바람직하게는 10 배이다.In the present invention, the concentrate preferably concentrates the soluble extract prepared as described above twice to 100 times, more preferably 5 times to 50 times, most preferably 10 times.

본 발명에 따르면, 본 발명의 가용화 스캐폴드 농축물은 1) 탈세포화로 인하여 세포 구성물이 제거되어 이식시 면역 거부 반응이 최소화되고, 2) 세포 성장과 분화에 관여하는 세포외기질 및 단백질이 보존되고, 3) 간소엽 구조가 보존되어 세포 주입 후 산소 및 영양 공급이 가능하고, 원래 장기 그대로의 형태와 구조가 유지된다.According to the present invention, the solubilized scaffold concentrate of the present invention can be obtained by 1) depletion of cell constituents resulting in minimization of immune rejection upon transplantation, 2) preservation of extracellular matrix and protein involved in cell growth and differentiation, 3) Liver lobular structure is preserved, and oxygen and nutrient supply after cell implantation is possible, and original shape and structure are maintained.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (c-1) 단계의 탈세포화는 용해 용액(lysis solution), 저장성 용액(hypotonic solution), 계면활성제, RNase A 및 DNase I으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 이용하여 실시할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the de-saturation of the step (c-1) is performed by dissolving at least one selected from the group consisting of a lysis solution, a hypotonic solution, a surfactant, RNase A and DNase I Can be used.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 계면활성제는 통상의 계면활성제가 이용될 수 있으며, 이의 농도는 0.1 내지 10%가 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the surfactant may be a conventional surfactant, and its concentration is preferably 0.1 to 10%.

바람직하게는, 상기 계면활성제는 SDS (sodium dodecyl sulfate), Triton-X, DNase 및 CHAPS (3-(3-cholamidopropyl)dimethylammonio)-1-propane sulfonate)로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종 이상이고, 보다 바람직하게는 SDS(sodium dodecyl sulfate) 또는 Triton-X이고, 가장 바람직하게는 SDS (sodium dodecyl sulfate)이다.Preferably, the surfactant is at least one selected from the group consisting of SDS (sodium dodecyl sulfate), Triton-X, DNase and CHAPS (3- (3-cholamidopropyl) dimethylammonio) -1-propane sulfonate SDS (sodium dodecyl sulfate) or Triton-X, and most preferably SDS (sodium dodecyl sulfate).

본 발명에서, 상기 (c-4) 단계의 산용액은 바람직하게는 염산, 황산 및 인산으로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종 이상이다.In the present invention, the acid solution in step (c-4) is preferably at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid.

상기 단계에서 스캐폴드에 산용액을 1:1 내지 100의 중량비로 첨가하여 산 가용성 스캐폴드 추출물을 수득할 수 있다.In this step, an acid solution may be added to the scaffold at a weight ratio of 1: 1 to 100 to obtain an acid-soluble scaffold extract.

이어서 상기 산가용성 추출물에 펩신을 1:1 내지 100의 중량비로 첨가하여 분해한 펩신 가용화 추출물을 수득할 수 있다.
Then, pepsin is added to the acid-soluble extract at a weight ratio of 1: 1 to 100 to obtain a pepsin solubilized extract.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 방법에 따라 제조된 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물(Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate)을 유효성분으로 포함하는 줄기세포로부터 간세포로의 분화 유도용 배지 조성물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a biocompatible solubilized scaffold concentrate (hereinafter, referred to as " biocompatible solubilized scaffold concentrate ") from a stem cell to hepatocyte A culture medium for inducing differentiation is provided.

본 명세서에서 사용되는 용어, "배지(media)"는 인 비트로에서 줄기세포 성장, 분화 및 생존을 지지할 수 있게 하는 배지를 의미하고, 줄기세포의 배양에 적절한 당 분야에서 사용되는 통상의 배지를 모두 포함한다. 세포의 종류에 따라 배지와 배양 조건을 선택할 수 있다. 배양에 사용되는 배지는 바람직하게는 세포 배양 최소 배지(cell culture minimum medium: CCMM)로, 일반적으로 탄소원, 질소원 및 미량원소 성분을 포함한다. 이런 세포 배양 최소 배지에는 예들 들어, DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM(Minimal essential Medium), BME(Basal Medium Eagle), RPMI1640, F-10, F-12, aMEM(a Minimal essential Medium), GMEM(Glasgow's Minimal essential Medium), Iscove's Modified Dulbecco's Medium 등이 있으나, 이로 제한되지 않는다.As used herein, the term "media" means a medium that enables stem cell growth, differentiation and survival in vitro to be supported and includes conventional media used in the art suitable for culturing stem cells All included. Depending on the type of cells, medium and culture conditions can be selected. The medium used for the culture is preferably a cell culture minimum medium (CCMM), which generally contains a carbon source, a nitrogen source and a trace element component. For example, DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM (Minimal Essential Medium), BME (Basal Medium Eagle), RPMI1640, F-10, F-12, aMEM (Glasgow's Minimal Essential Medium), Iscove's Modified Dulbecco's Medium, and the like.

또한, 상기 배지는 페니실린(penicillin), 스트렙토마이신(streptomycin), 겐타마이신(gentamicin) 등의 항생제를 포함할 수 있다.In addition, the medium may include antibiotics such as penicillin, streptomycin, and gentamicin.

본 발명의 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물은 단독으로 또는 다른 물질들과 조합하여 세포의 배양 및 분화를 위한 미세환경 조성에 이용될 수 있다. The biodegradable biocompatible solubilized scaffold concentrate of the present invention of the present invention can be used alone or in combination with other substances to form a microenvironment for culturing and differentiation of cells.

본 발명의 조성물은 상기 다른 물질로서 분화유도물질을 추가적으로 첨가할 수 있으며, 상기 분화유도물질은 당업계에 공지된 어떠한 분화유도물질도 이용될 수 있으며, 분화를 유도하고자 하는 세포의 유형 및 단계에 따라 다양하게 단독 또는 조합하여 첨가될 수 있다.The composition of the present invention may additionally include a differentiation inducing substance as the other substance, and the differentiation inducing substance may be any of the differentiation inducing substances known in the art, and it may be added to the type and stage of the cell And may be added singly or in combination.

예컨대, 본 발명의 조성물은 세포증식에 필요한 성장인자를 추가적으로 부착하여 생체에 이식하여 생장인자를 체내에서 방출 하도록 하는 약물전달체로도 활용할 수 있으며, 상기 세포외기질막에 부착되는 성장인자로는 인슐린유사 성장인자(IGF), 염기성 섬유아세포성장인자(bFGF), 산성 섬유아세포성장인자(aFGF), 형질전환성장인자-a(TGF-a), 형질전환성장인자(TGF-b), 골형성단백질(BMP), 혈소판 유래 성장인자 (PDGF), 각질세포성장인자(KGF), 표피세포성장인자(EGF), 혈관내피세포성장인자(VEGF), 조혈촉진인자(EPO), 과립대식세포성장인자(GM-CSF), 과립세포 성장인자(G-CSF), 신경세포성장인자(NGF), 헤파린결합 EGF(heparin binding EGF) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the composition of the present invention may be used as a drug delivery system for allowing a growth factor to be transplanted into a living body by additionally attaching a growth factor necessary for cell proliferation. As a growth factor adhering to the extracellular matrix membrane, Transforming Growth Factor-a (TGF-a), Transforming Growth Factor (TGF-b), Bone Growth Factor (aFGF) (BMP), platelet derived growth factor (PDGF), keratinocyte growth factor (KGF), epidermal growth factor (EGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), hematopoietic growth factor (EPO) GM-CSF, G-CSF, NGF, and heparin-binding EGF.

즉, 본 발명의 조성물은 줄기세포 배양 또는 분화를 위한 조성물로서, 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물을 유효성분으로 포함하여 배양 또는 분화시키고자 하는 세포의 생존율 및 분화능을 증가시킨다.
That is, the composition of the present invention is a composition for culturing or differentiating stem cells, which comprises a biocompatible solubilized scaffold concentrate derived from a defatted body tissue as an active ingredient, thereby increasing the survival and differentiation ability of cells to be cultured or differentiated .

본 발명의 조성물은 본 발명의 방법으로 제조된 가용화 스캐폴드 농축물을 포함하므로, 이와 중복된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 그 기재를 생략한다.
Since the composition of the present invention comprises a solubilized scaffold concentrate prepared by the method of the present invention, its redundancy is omitted in order to avoid undue complexity of the present disclosure.

본 발명의 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 추출물을 이용하는 줄기세포(Stem Cells)로부터 간세포(Hepatocytes)로의 분화 방법 및 줄기세포로부터 간세포로의 분화 유도용 배지 조성물은 탈세포화된 간 조각이 역분화 줄기세포의 생존 및 간세포로의 분화를 위한 생체모방적인(biomimetic) 2D 및 3D 미세환경을 제공할 수 있음을 보여주며, 역분화 줄기세포의 분화 및 배양에 효과적으로 이용될 수 있다.
The method for differentiating stem cells into hepatocytes using the defatted biomedical tissue-derived biocompatible solubilizing scaffold extract and the medium composition for inducing the differentiation of stem cells into hepatocytes is a method for producing a degenerated liver slice Can provide biomimetic 2D and 3D microenvironment for the survival and differentiation of stem cells into stem cells and can be effectively used for the differentiation and culturing of degenerated stem cells.

도 1은 재세포화를 위한 돼지 iPSC-Hep의 제작 및 기능적 특성을 보여준다.
도 2는 돼지 LECM에 의해 향상된 돼지 iPSC-Hep의 간 성숙 효율을 보여준다.
도 3은 세포배양접시 처리방법간의 분화율 차이를 보여준다.
도 4는 다양한 농도의 LECM을 세포 배양 배지에 첨가하여 간 분화에 가장 효과적인 조건을 보여준다.
Figure 1 shows the production and functional properties of porcine iPSC-Hep for meta- bolization.
Figure 2 shows the liver maturation efficiency of porcine iPSC-Hep enhanced by porcine LECM.
Figure 3 shows the differentiation rate between cell culture dish processing methods.
Figure 4 shows the most effective conditions for liver differentiation by adding various concentrations of LECM to the cell culture medium.

이하, 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the appended claims. It will be obvious to you.

실험 방법 및 재료Experimental Methods and Materials

모든 실험들은 강원대학교(춘천, 한국)의 IACUC(Institutional Animal Care and Use Committee)에 의해 승인되었다.
All experiments were approved by IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee) of Kangwon National University (Chuncheon, Korea).

돼지 iPSC의 제조 및 배양 Production and culture of pig iPSC

본 발명자들은 이전에 보고된 방법을 약간 변경하여 돼지 iPSCs를 제조하였다. 간단히, 돼지 귀 섬유아세포를 인간 OCT4, SOX2, KLF4cMYC를 를 코딩하는 레트로바이러스로 감염시키고, 5 일 후, 5X104 감염된 세포를 마우스 배아 섬유아세포 영양 세포층을 함유하는 60-mm 접시에 접종하였다. iPSC 형성을 위한 배지는 20% 녹아웃 혈청 교체, 0.1 mM 비 필수 아미노산(모두 Gibco/Life Technologies, Carlsbad, CA, USA), 0.1 mM의 2-머캅토에탄올(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA), 10 ng/ml의 인간 재조합 bFGF(basic fibroblast growth factor) (Millipore, Billerica, MA, USA), 및 1 % 페니실린/스트렙토마이신(Hyclone, South Logan, UT, USA)을 함유하는 녹아웃 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium)을 포함한다. 약 12 일 감염 후, 세 가지 다른 돼지 iPSC 모노콜로니들(monocolonies)(FS, E3, E4 돼지 iPSC 주)가 생성되면, 마우스 배아 섬유아세포 영양 세포층 상에서 5% CO2, 37℃로 ES 등급 15% 소 태아 혈청(FBS; Hyclone), 0.1 mM의 비필수 아미노산, 0.1 mM 2-머캅토 에탄올, 10 ng/ml bFGF, 40 ng/ml의 인간 줄기 세포 인자(PeproTech, Rocky Hill, NJ, USA), 및 1% 페니실린/스트렙토마이신을 함유하는 녹아웃 DMEM에서 배양하였다. 본 연구를 위해, 본 발명자들은 FS 돼지 iPSC 주를 이용하였다.The inventors have produced porcine iPSCs with minor modifications to previously reported methods. Briefly, infected pigs ear fibroblast cells to retroviruses encoding human OCT4, SOX2, KLF4 and cMYC and was inoculated into 60-mm plates containing 5 days, 5X10 4 infected cells, mouse embryonic fibroblast feeder layer . The medium for iPSC formation was supplemented with 20% knockout serum replacement, 0.1 mM nonessential amino acids (all Gibco / Life Technologies, Carlsbad, CA, USA), 0.1 mM 2-mercaptoethanol (Sigma-Aldrich, USA), 10 ng / ml human recombinant bFGF (Millipore, Billerica, MA, USA) and 1% penicillin / streptomycin (Hyclone, South Logan, UT, USA) Dulbecco ' s Modified Eagle Medium). After approximately 12 days of infection, three different porcine iPSC monocolonies (FS, E3, E4, pig iPSC strain) were generated, 5% CO 2 on mouse embryonic fibroblast cell layer, ES grade 15% Human stem cell factor (PeproTech, Rocky Hill, NJ, USA), 0.1 nM non essential amino acid, 0.1 mM 2-mercaptoethanol, 10 ng / ml bFGF, 40 ng / And 1% penicillin / streptomycin. For this study, we used the FS pig iPSC strain.

배아체(embryoid bodies, EBs)를 형성시키기 위해, iPSC 콜로니를 5 일 동안 울트라로우 접착 접시에 트랜스퍼시켰다. 자발적인 분화를 유도하기 위해, EBs는 세포 배양 플레이트에 재플레이팅하고 15 일 동안 사이토카인이 없는 배지에서 배양하였다.
To form embryoid bodies (EBs), iPSC colonies were transferred to an ultra low adhesive dish for 5 days. To induce spontaneous differentiation, EBs were replated on cell culture plates and cultured in medium without cytokine for 15 days.

돼지 iPSCs로부터 간세포(Hepatocyte)의 분화 유도 프로토콜Protocol for the Differentiation of Hepatocytes from Pig iPSCs

간 분화를 유도하기 위해, 돼지 iPSC의 콜로니들을 분리하여 매트리겔(Growth factor-reduced, 1:40; Corning, Tewksbury, MA, USA) 및 콜라겐(50 μg/ml; Sigma-Aldrich)이 코팅된 60-mm 플레이트에 접종하였다. 10% FBS(Atlas Biologicals, Fort Collins, CO, USA)를 함유하는 Roswell Park Memorial Institute 1640 (Welgene Biotech, Daegu, South Korea)를 기본 분화 배지로 이용하였다. Colonies of porcine iPSC were isolated and seeded in 60 (60 ug / ml) coated with Matrigel (Growth factor-reduced, 1:40; Corning, Tewksbury, Mass., USA) and collagen -mm plate. Roswell Park Memorial Institute 1640 (Welgene Biotech, Daegu, South Korea) containing 10% FBS (Atlas Biologicals, Fort Collins, CO, USA) was used as the basic differentiation medium.

분화 유도 과정은 도 1D에 나타내었다. 1 단계로서, 첫째 날, 10 mM Y27362(Enzo Life Sciences, Farmingdale, NY, USA)와 함께 100 ng/㎖ 액티빈 A(activin A, Act A)(ProSpec, East Brunswick, NJ, USA)를 이용하였다. 2-5 일째에, 100 ng/㎖ 액티빈 A가 있는 분화 배지를 이용한 후, 2 단계로서, 20 ng/㎖ BMP4(bone morphogenetic protein 4)(ProSpec) 및 10 ng/㎖ bFGF를 이 후 5 일 동안 공급하였다. 3 단계로서, 10-15 일째에, 20 ng/㎖ HGF(porcine hepatocyte growth factor)(ProSpec) 및 ITS(insulin-transferrin-selenium X)(Gibco/Life Technologies)를 이용하였다. 4 단계로서, 세포들을 20 ng/㎖ OSM(oncostatin M)(ProSpec), 10-7 M DEX(dexamethasone)(Sigma-Aldrich), 및 ITS로 5 일 동안 배양하였다.
The differentiation induction process is shown in Figure 1D. On the first day, 100 ng / ml actin A (Act A) (ProSpec, East Brunswick, NJ, USA) was used with the 10 mM Y27362 (Enzo Life Sciences, Farmingdale, . On the 2nd to 5th days, 20 ng / ml BMP4 (bone morphogenetic protein 4) (ProSpec) and 10 ng / ml bFGF were used as the second stage and then 5 days after the differentiation medium containing 100 ng / Lt; / RTI > As a third step, 20 ng / ml porcine hepatocyte growth factor (ProSpec) and ITS (insulin-transferrin-selenium X) (Gibco / Life Technologies) were used at 10-15 days. As a fourth step, cells were incubated for 5 days with 20 ng / ml OSM (oncostatin M) (ProSpec), 10 -7 M DEX (dexamethasone) (Sigma-Aldrich), and ITS.

면역세포화학염색Immunocytochemical staining

돼지 iPSCs의 알카라인 포스파타제(AP) 염색을 위하여, 제조사의 권장 사항에 따라 니트로 블루 테트라 졸륨 클로라이드 및 5-브로모-클로로-3-인돌 포스페이트 톨루이딘 솔트 원액(Roche, Basel, Switzerland)을 이용하였다. For the alkaline phosphatase (AP) staining of porcine iPSCs, nitro blue tetrazolium chloride and 5-bromo-chloro-3-indophosphoric acid toluidine salt solution (Roche, Basel, Switzerland) were used according to the manufacturer's recommendations.

돼지 iPSCs의 면역세포화학염색을 위해, 세포를 20 분 동안 4% 파라포름 알데히드(Sigma-Aldrich)로 고정하고, 0.25% 트리톤 X-100(Sigma-Aldrich)으로 투과시켰다.For immunocytochemical staining of porcine iPSCs, cells were fixed with 4% paraformaldehyde (Sigma-Aldrich) for 20 minutes and permeabilized with 0.25% Triton X-100 (Sigma-Aldrich).

OCT4 (SC-9081; 1:200) 및 Nanog (SC-33759; 1:127 100)(모두 Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA), SOX2 (AB5603; 1:200) 및 stage-specific embryonic antigen-4 (MAB4301; 1:150) (모두 Millipore)에 대한 일차항체들을 이용하여 미분화된 돼지 iPSC를 검출하였다.1: 200) and stage-specific embryonic antigen (SC-33759; 1: 127 100) (all from Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA), SOX2 (AB5603; Primary antibodies to 4 (MAB4301; 1: 150) (all Millipore) were used to detect undifferentiated porcine iPSC.

자발적 분화된 iPSCs의 면역세포화학 검출을 위하여, 제조사의 권장 사항에 따라 LSAB+System HRP(horseradish peroxidase) kit (K0679; Dako, Glostrup, Denmark)를 이용하였다. 외배엽(ectoderm) 확인용 neurofilament (MAB1615; Millipore), 중배엽(mesoderm) 확인용 a-smooth muscle actin (ab5694; Abcam, Cambridge, MA, USA), 및 내배엽(endoderm) 확인용 keratin7/17 (MAB1625; Chemicon, Temecula, CA, USA)에 대한 일차 항체들을 1:300으로 희석하여 이용하였다.For detection of spontaneously differentiated iPSCs, the LSAB + system HRP (horseradish peroxidase) kit (K0679; Dako, Glostrup, Denmark) was used according to the manufacturer's recommendations. (MAB1615; Millipore) for confirmation of ectoderm, a-smooth muscle actin (ab5694; Abcam, Cambridge, MA, USA) for confirmation of mesoderm and keratin7 / 17 , Temecula, CA, USA) was diluted 1: 300 with the primary antibodies.

돼지 iPSC-Heps의 면역세포화학염색을 위하여, a-fetoprotein(AFP, A8452; 1:200) (Sigma-Aldrich) 및 albumin (ALB, ab112991; 1:200) (Abcam)에 대한 일차항체들을 밤새 4℃에서 인큐베이션하였다. 시료들을 FITC(fluorescein isothiocyante)-결합 이차항체로 30 분 동안 상온에서 인큐베이션하였다.
Primary antibodies against a-fetoprotein (AFP, A8452; 1: 200) (Sigma-Aldrich) and albumin (ALB, ab112991; 1: 200) (Abcam) were incubated overnight at 4 ° C for immunocytochemical staining of porcine iPSC- ≪ / RTI > Samples were incubated with FITC (fluorescein isothiocyante) -binding secondary antibody for 30 minutes at room temperature.

RT(Reverse transcription)-PCRReverse transcription (RT) -PCR

Nucleospin RNA kit (Macherey-Nagel, Duren, Germany)를 이용하여 세포로부터 RNA를 추출하고, TOPscript RT dry mix (Enzynomics, Daejeon, South Korea)를 이용하여 cDNA를 합성하였다. Ampone Taq polymerase (GeneAll Biotechnology, Seoul, South Korea)를 이용하여 PCR을 실시하였다. 프라이머 서열들은 하기 표 1에 나타내었다.RNA was extracted from the cells using Nucleospin RNA kit (Macherey-Nagel, Duren, Germany) and cDNA was synthesized using TOPscript RT dry mix (Enzynomics, Daejeon, South Korea). Ampone Taq polymerase (GeneAll Biotechnology, Seoul, South Korea) was used for PCR. Primer sequences are shown in Table 1 below.

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돼지 iPSC- Heps의 기능적 특성Functional characteristics of porcine iPSC-Heps

글리코겐 검출을 위해 과요오드산 및 Schiff's 염색(Sigma-Aldrich)을 실시하였다. 세포들을 인산 완충 식염수(PBS) 중 4% 파라포름알데히드로 고정하고, 제조사의 권장 사항에 따라 과요오드산 5 분 및 Schiff's 용액 15 분 동안 인큐베이션하였다. 저밀도 지단백질(LDL) 흡수의 분석을 위해, 분화된 간세포를 DiI -결합 LDL(20 μg/ml; Biomedical Technologies, Inc., Stoughton, MA, USA)로 60 분 동안 인큐베이션하였다. 지질 저장을 평가하기 위해, 세포들을 4℃에서 60 분 동안 10% 포르말린으로 고정하고, 암실에서 실온에서 30 분 동안 0.5% 오일 레드 O 용액(Sigma-Aldrich)로 인큐베이션하였다. 모든 염색 용액은 새로 제조하였다. 인도시아닌 그린(ICG) 흡수의 분석을 위해, 1 mg/㎖ ICG를 37℃에서 60 분 동안 세포 배양 배지에 첨가하였다. iPSC-Heps의 시토크롬 P450(CYP) 효소 활성을 측정하기 위하여, 10 내지 50 μM의 CYP 유발제 리팜피신(Sigma)를 48 시간 동안 세포 배양 배지에 첨가하였다.
Periodic acid and Schiff's staining (Sigma-Aldrich) were performed to detect glycogen. Cells were fixed with 4% paraformaldehyde in phosphate buffered saline (PBS) and incubated for 5 minutes with periodic acid and Schiff's solution for 15 minutes according to the manufacturer's recommendations. For analysis of low density lipoprotein (LDL) uptake, differentiated hepatocytes were incubated with DiI-conjugated LDL (20 μg / ml; Biomedical Technologies, Inc., Stoughton, MA, USA) for 60 min. To assess lipid storage, cells were fixed with 10% formalin for 60 min at 4 ° C and incubated in a dark room for 30 min at room temperature with 0.5% Oil Red O solution (Sigma-Aldrich). All dye solutions were freshly prepared. For analysis of indocyanine green (ICG) uptake, 1 mg / ml ICG was added to the cell culture medium for 60 min at 37 < 0 > C. To measure the cytochrome P450 (CYP) enzyme activity of iPSC-Heps, 10-50 μM of the CYP inducer rifampicin (Sigma) was added to the cell culture medium for 48 hours.

FACS(Fluorescence-activated cell sorting)Fluorescence-activated cell sorting (FACS)

돼지 iPSCs의 간분화에 있어 돼지 LECM의 효과를 CellQuest 소프트웨어 (Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ, USA)로 FACS 칼리버 시스템 상에서 분석하였다. 돼지 iPSC-Heps를 37℃에서 15 분 동안 TypLE 익스프레스 (Gibco/Life Technologies)로 인큐베이션하여 획득하였다. 단일 세포들을 40-μm의 스트레이너 (Becton Dickinson)를 통해 여과하여 수집한 다음, Cytofix/Cytoperm 용액으로 고정 및 투과시키고, 제조사의 권장 사항에 따라 Perm/Wash buffer (모두 Becton Dickinson)로 세척하였다. 세포들을 실온에서 20 분 동안 PBS 중 3% FBS의 AFP (1:200) 및 ALB (1:150)에 대한 일차항체로 인큐베이션한 후, 4℃에서 30 분 동안 FITC-결합 이차항체로 인큐베이션하였다.
The effect of porcine LECM on liver differentiation of porcine iPSCs was analyzed on a FACS caliber system with CellQuest software (Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ, USA). Pig iPSC-Heps were obtained by incubation with a TypLE Express (Gibco / Life Technologies) for 15 minutes at 37 < 0 > C. Single cells were collected by filtration through a 40-μm strainer (Becton Dickinson), fixed and permeabilized with Cytofix / Cytoperm solution and washed with Perm / Wash buffer (all Becton Dickinson) according to the manufacturer's recommendations. Cells were incubated with primary antibodies against AFP (1: 200) and ALB (1: 150) in 3% FBS in PBS for 20 min at room temperature and then incubated with FITC-conjugated secondary antibodies for 30 min at 4 ° C.

웨스턴 블롯팅Western blotting

LECM와 함께 또는 없이 배양한 돼지 iPSC-Heps의 ALB 발현을 비교하기 위하여, 세포들을 단백질분해효소 억제제 칵테일(Intron Biotechnology, Seongnam, South Korea)을 함유하는 방사성면역침강(radioimmunoprecipitation) 어세이 용해 버퍼로 용해시켰고, 공지된 방법에 따라 웨스턴 블롯 분석을 실시하였다. 폴리비닐 리덴 디플루오라이드 막을 고트 항- ALB 항체(1:2000)로 인큐베이션한 후, HRP-결합 항-고트 IgG로 인큐베이션하였다(1:5000; Santa Cruz Biotechnology). 단백질 밴드는 화학발광(BioNote, Hwaseong, Korea)에 의해 가시화되었다. 항-액틴 항체(1:5000; Santa Cruz Biotechnology)를 스트리핑한 막에 로딩 대조군으로 사용 하였다.
To compare ALB expression of porcine iPSC-Heps cultured with or without LECM, cells were lysed with radioimmunoprecipitation assay dissolution buffer containing protease inhibitor cocktail (Intron Biotechnology, Seongnam, South Korea) And subjected to Western blot analysis according to known methods. The polyvinylidene difluoride membrane was incubated with goat anti-ALB antibody (1: 2000) and HRP-conjugated anti-goto IgG (1: 5000; Santa Cruz Biotechnology). Protein bands were visualized by chemiluminescence (BioNote, Hwaseong, Korea). Anti-actin antibody (1: 5000; Santa Cruz Biotechnology) was used as a loading control on the stripped membrane.

돼지 LECM(liver ECM)의 제작과정Production process of pig LECM (liver ECM)

돼지 iPSCs의 간 분화에 있어 본 발명의 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물(Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate)(본 발명에서는 LECM과 혼용하여 지칭)의 영향을 조사하기 위해, 탈세포화된 돼지 간 스캐폴드를 다음과 같이 제작하였다: In order to investigate the effect of the biocompatible solubilized scaffold concentrate (referred to as LECM in the present invention) derived from the de-saturatedized biotissue of the present invention in hepatic differentiation of porcine iPSCs, The pig liver scaffold was made as follows:

(1) 간 획득 및 간 절편의 탈세포화(1) The acquisition of liver and the depletion of liver slice

모든 절차는 강원대학교의 IACUC(Institutional Animal Care and Use Committee)에 의해 승인되었다. 40kg 내지 50kg 무게의 성돈을 직접 도축하고 내장을 제거한 후, 간을 획득하였다. 공지된 프로토콜에 따라 탈세포화를 실시하였다. 간략하게, 획득한 간엽들을 분리하고, 조각 당 0.8 gm의 평균 무게와 1x1x0.5 cm 크기로 여러 개의 얇은 절편으로 손질하였다. 상기 절편들을 500 IU/l 농도의 헤파린(Chungwae Pharma Co., Seoul, Korea) 및 1% 페니실린-스트렙토마이신(P/S)을 함유한 1X PBS(phosphate buffered solution)로 진탕기를 이용하여 1 시간 동안 120rpm의 속도로 4℃에서 두 번 세척하였다. 또한, 상기 절편들을 0.1% SDS(sodium dodecyl sulfate, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)로 진탕기를 이용하여 72 시간 동안 120rpm의 속도로 4℃에서 탈세포화시켰다. 탈세포화 용액은 매 8 시간 마다 바꿔주었다. 최종적으로, 모든 절편들은 각각 1 % P/S를 함유한 PBS로 2 시간 동안 세 번씩 린스하여 ECM 내 잔류 SDS를 세정하였다.All procedures were approved by IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee) at Kangwon National University. The pigs weighing 40 kg to 50 kg were slaughtered directly, the intestines were removed, and the liver was obtained. Degasification was performed according to a known protocol. Briefly, the obtained mesenchyme was separated and trimmed with several thin sections with an average weight of 0.8 gm per piece and a size of 1x1x0.5 cm. The sections were incubated for 1 hour with 1X PBS (phosphate buffered solution) containing 500 IU / l heparin (Chungwae Pharma Co., Seoul, Korea) and 1% penicillin-streptomycin (P / S) Lt; RTI ID = 0.0 > 4 C < / RTI > The sections were also defatted with 0.1% SDS (sodium dodecyl sulfate, Sigma-Aldrich, St. Louis, Mo., USA) at 4 ° C at 120 rpm for 72 hours using a shaker. The de-saturated solution was changed every 8 hours. Finally, all sections were rinsed three times for 2 hours with PBS containing 1% P / S each to clean residual SDS in the ECM.

(2) 가용화 LECM의 제작(2) Preparation of Solubilized LECM

상술한 바와 같이 제작된 탈세포화된 돼지 간 스캐폴드를 동결건조시켰다. 1 mg의 동결건조된 돼지 간 스캐폴드 분말을 3 mg 펩신/0.1 M HCl(모두 Sigma)로 이루어진 1 mg의 용액과 혼합하고, 120 rpm으로 진탕하면서 실온에서 72 시간 동안 인큐베이션하였다. 완전히 분해시킨 후, 1 M NaCl 및 10X PBS 용액의 총 부피의 1/10을 첨가하여 pH를 7.3으로 조정하였다. 스캐폴드 용액을 제조사의 권장 사항에 따라 아미콘 울트라 153K 원심 필터(Millipore)를 이용하여 농축하였다.
The de-saturated pork liver scaffold prepared as described above was lyophilized. 1 mg of lyophilized pig liver scaffold powder was mixed with 1 mg of a solution consisting of 3 mg pepsin / 0.1 M HCl (all Sigma) and incubated at room temperature for 72 hours with shaking at 120 rpm. After complete digestion, the pH was adjusted to 7.3 by adding 1/10 of the total volume of 1 M NaCl and 10X PBS solution. The scaffold solution was concentrated using an Amicon Ultra 153K centrifugal filter (Millipore) according to the manufacturer's recommendations.

LECM의 성장 인자(growth factors) 분석Growth factors analysis of LECM

천연 돼지 간, 탈세포화된 간 스캐폴드, 멸균된 간 스캐폴드, 및 가용화된 LECM에 남아있는 성장 인자들의 양을 평가하기 위해, 제조사의 권장 사항에 따라 인간 성장 인자 어레이 G1 (RayBiotech, Inc., Norcross, GA, USA)를 이용하였다.
To assess the amount of growth factors remaining in native pig liver, de-saturated liver scaffold, sterile liver scaffold, and solubilized LECM, the human growth factor array G1 (RayBiotech, Inc., Norcross, GA, USA).

통계 분석 Statistical analysis

실험 데이터는 통계 분석 시스템 소프트웨어(SAS Institute, Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 분산 분석에 의해 분석되었다. P < 0.05를 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다.
Experimental data were analyzed by analysis of variance using statistical analysis system software (SAS Institute, Inc., Cary, NC, USA). P <0.05 was considered statistically significant.

실시예 1. 돼지 iPSC-Hep를 제작하기 위한 프로토콜의 최적화 및 이들의 기능적 특성 분석Example 1. Optimization of protocols for the production of porcine iPSC-Hep and their functional characterization

재세포화(recellularization)에 대한 세포 자원으로써 기능적으로 만족할 만한 돼지 iPSC-Hep를 제작하기 위하여, 본 발명자들은 프로토콜을 최적화하여 iPSC-Hep의 기능적 특성을 분석하였다. 돼지 iPSC 콜로니들은 원형의 평면 형태를 가지며, AP, SOX2, OCT4, Nanog 및 SSEA-4(stage-specific embryonic antigen 4)를 발현하였다(도 1A). 또한, SOX2, OCT4, KLF4, Nanog, REX1TDGF(teratocarcinoma-derived growth factor)의 전사체 발현은 RT-PCR로 확인하였다(도 1B). iPSCs를 인비트로 상에서 EB로 분화되도록 하고, 이들의 세 가지 배엽층을 형성할 발달 가능성을 뉴로필라멘트(neurofilament), a-평활근 액틴(smooth muscle actin) 및 케라틴7/17에 대한 항체를 사용하여 면역세포화학 법으로 확인하였다(도 1C). 4 단계의 분화 프로토콜을 간세포 분화에 이용 하였다(도 1D). 젤라틴(0.1 %), 매트리겔(1: 40), 콜라겐 (50 μg/㎖), 매트리겔/ 콜라겐 및 매트리겔/콜라겐/STO를 포함하여 다양한 매트릭스 조성을 비교하였다. 간 분화 효율은 매트리겔/콜라겐 매트릭스(도 3)에서 가장 높았다. 분화 20일째에, 돼지 iPSC-Hep는 육방형, 단단한 세포-세포 접합 및 일부 이핵생성(binucleation) 과 같은 전형적인 간세포 형태를 나타냈고(도 1E), 면역세포화학염색에 의해 관찰된 바와 같이 세포질에서 AFP 및 ALB가 높은 수준으로 발현되었다(도 1F, G). ALB, AFP, HNF1a(hepatic nuclear factor 1a),TAT(tyrosine aminotransferase)뿐만 아니라 CYP1A2, CYP2C33, CYP2C49, CYP2C25, CYP2D6, CYP3A22, 및 CYP3A46와 같은 CYP 효소 유전자들이 iPSC-Heps에서 상향조절되었으나, 성장 인자 없이 자발적으로 분화된 세포에서의 수준은 낮거나 검출되지 않았다(도 1H). 간의 담관에서 발현되는 유전자인 γ-글루타밀트랜스퍼라제(glutamyl transferase)는 자발적뿐만 아니라 간 분화 유도시에도 발현되나, 상대적인 수준은 대조군 세포에 비해 유의성있게 높지 않았다. 글리코겐 저장, 지질 축적, LDL 흡수 및 ICG 대사와 같은 간세포들의 기능적 특성을 iPSC-Hep에서 확인하였다(도 1I). 리팜피신 처리 (50 μM)는 세포에서의 CYP 효소 활성뿐만 아니라 Cyp2C33, Cyp3A22, 및 Cyp3A46 발현을 대조군 세포에 비해 약 3 배 정도 상향 조절을 유도하였다(도 1J). 이러한 결과들은 본 발명의 4 단계의 분화 프로토콜이 효율적으로 재세포화를 위한 물질로서 기능성 돼지 iPSC-Hep을 생성한다는 것을 제시한다.
In order to produce a functionally satisfactory porcine iPSC-Hep as a cell resource for recellularization, the present inventors analyzed the functional characteristics of iPSC-Hep by optimizing the protocol. Porcine iPSC colonies had a circular planar shape and expressed AP, SOX2, OCT4, Nanog, and SSEA-4 (Figure 1A). Transcript expression of SOX2, OCT4, KLF4, Nanog, REX1 and teratocarcinoma-derived growth factor (TDGF) was confirmed by RT-PCR (Fig. 1B). The developmental potential of iPSCs to differentiate into EBs on Invitro and to form these three embryonic layers is tested for immunity using neurofilament, a-smooth muscle actin and antibodies against keratin 7/17 (Fig. 1C). A four-step differentiation protocol was used for hepatocyte differentiation (Fig. 1D). Various matrix compositions were compared, including gelatin (0.1%), Matrigel (1:40), collagen (50 μg / ml), Matrigel / collagen and Matrigel / collagen / STO. The liver differentiation efficiency was highest in the Matrigel / collagen matrix (FIG. 3). On day 20 of differentiation, the pig iPSC-Hep exhibited typical hepatocyte morphology such as hexagonal, rigid cell-cell junctions and some binucleation (Fig. 1E), as observed by immunocytochemical staining, AFP and ALB were expressed at high levels (Fig. 1F, G). CYP enzyme genes such as CYP1A2, CYP2C33, CYP2C49, CYP2C25, CYP2D6, CYP3A22 and CYP3A46 as well as ALB, AFP, HNF1a (hepatic nuclear factor 1a) and TAT ( tyrosine aminotransferase) were upregulated in iPSC- The level in spontaneously differentiated cells was not detected or detected (Fig. 1H). Γ-glutamyl transferase, a gene expressed in the liver bile duct, was expressed not only spontaneously but also at the induction of liver differentiation, but the relative level was not significantly higher than that of the control cells. Functional properties of hepatic cells such as glycogen storage, lipid accumulation, LDL absorption and ICG metabolism were confirmed in iPSC-Hep (Fig. 1I). Rifampicin treatment (50 μM) induced CyP2C33, Cyp3A22, and Cyp3A46 expression as well as CYP enzyme activity in the cells up to about 3-fold higher than control cells (FIG. 1J). These results suggest that the four-step differentiation protocol of the present invention efficiently produces functional porcine iPSC-Hep as a material for retreatment.

실시예 2. 돼지-유래 성장 인자를 처리한 탈세포화 돼지 LECM에 의한 돼지 iPSC-Hep의 성숙 향상 확인Example 2 Confirmation of Improvement of Maturation of Porcine iPSC-Hep by Defatted Porcine LECM Treated with Pig-Derived Growth Factor

간 스캐폴드의 재세포화에 이용될 세포들을 위하여 iPSCs의 간 분화에 있어 LECM의 역할을 평가하였다. 탈세포화 스캐폴드가 돼지 iPSCs의 간 분화에 영향을 미치는지 여부를 확인하기 위하여, 0.1% SDS로 3 일 동안 처리하고 0.1% 과산화아세트산으로 멸균한 성체 돼지 간 절편으로부터 LECM를 제작하였다(도 2A). 동결 건조 후, LECM를 가용화하고 배양 배지에 첨가시키기 전에 농축시켰다. 탈세포화 과정 후, 세포내 물질들은 LECM 절편으로부터 효율적으로 제거된 반면, 구조는 거의 보존하면서, 육각 소엽, 혈관, 망-유사 미세구조, 및 콜라겐 물질들이 관찰되었다(도 2B).The role of LECM in the liver differentiation of iPSCs was assessed for cells to be used for the metastasis of liver scaffolds. To determine whether the depleted saturation scaffold affects liver differentiation of porcine iPSCs, LECM was prepared from adult porcine liver slices treated with 0.1% SDS for 3 days and sterilized with 0.1% acetic acid peroxide (FIG. 2A). After lyophilization, the LECM was solubilized and concentrated before addition to the culture medium. After the de-saturation process, hexagonal lobules, blood vessels, net-like microstructures, and collagen materials were observed (FIG. 2B), while the intracellular materials were efficiently removed from the LECM slices.

천연 간의 총 DNA의 약 99.3% ± 0.86%가 탈세포화 후 제거된 반면, 남아있는 콜라겐 및 GAG의 양은 각각 65.2% ± 17.3 % (6.9 ± 1.2 μg/mg) 및 102.6% ± 310 31.8% (591.7 ± 187.8 μg/mg)이었다(도 2C). 항체 마이크로 어레이는 > 40 개의 다른 간-유래 성장 인자들이 탈세포화 후 보존되었다는 것을 보여주었다(도 2D). LECM을 10-배 농축시키고, 각 분화 단계의 총 부피의 10%로 배양 배지에 첨가하였다; 동일한 양의 가용화 콜라겐을 음성 대조군으로서 배지에 첨가하였다. AFP 및 ALB 유전자들은 LECM-처리 군에서 대조군보다 높은 수준으로 발현하였고, 4 단계에만 LECM를 첨가한 경우 가장 효과적이었다(도 2E). LECM-처리 세포에서 ALB 발현의 약 2-배 증가를 웨스턴 블롯팅으로 검출하였다(도 2F). 또한, FACS 분석은 대조군보다 LECM-처리 세포에서 ALB 발현이 높은 빈도로 나타나는 것을 보여준다(74.7% vs. 321 36.8%)(도 2G); 그러나, AFP 발현은 두 군들 간에 유의한 차이점을 나타내지 않았다. 이러한 결과들은, 이들의 성숙 효율이 LECM 미세 환경 내에서 양적 및 질적으로 개선되므로, 돼지 iPSC-Hep가 리씨딩된 탈세포화 간 스캐폴드에 대한 유용한 세포 자원이 될 수 있음을 제시한다.
Approximately 99.3% ± 0.86% of total natural DNA was removed after de-saturation, while the amount of collagen and GAG remaining was 65.2% ± 17.3% (6.9 ± 1.2 μg / mg) and 102.6% ± 310 31.8% (591.7 ± 187.8 [mu] g / mg) (Fig. 2C). The antibody microarray showed that> 40 other liver-derived growth factors were preserved after de-saturation (Fig. 2D). LECM was 10-fold concentrated and added to the culture medium to 10% of the total volume of each differentiation step; The same amount of solubilized collagen was added to the medium as a negative control. AFP and ALB genes were expressed at higher levels in the LECM-treated group than in the control group, and were most effective when LECM was added only in the 4th step (Fig. 2E). Approximately two-fold increase in ALB expression in LECM-treated cells was detected by Western blotting (Fig. 2F). In addition, FACS analysis shows that ALB expression is highly expressed in LECM-treated cells (74.7% vs. 321 36.8%) than in the control (Figure 2G); However, AFP expression did not show any significant difference between the two groups. These results suggest that porcine iPSC-Hep can be a useful cell resource for the recalcified deglycosylated liver scaffold since their maturation efficiency is quantitatively and qualitatively improved in the LECM microenvironment.

한편, 돼지 iPSC로부터 간세포로의 분화를 위한 가장 효율적인 조건을 찾기 위하여, 본 발명자들은 기존 연구들에서 간세포 분화를 위하여 사용되고 있는 세포배양접시 처리방법간의 분화율 차이를 비교하였다. In order to find the most efficient conditions for the differentiation of hepatic cells from porcine iPSC, the present inventors compared the differentiation ratios among the cell culture dish treatments used for hepatocyte differentiation in existing studies.

실험군으로는, 코팅용기질 및 지지세포 (Gel: gelatin, Mat: Matrigel, Coll: Collagen, STO: STO feeder cell 등)를 이용하여 각 그룹간의 알부민 유전자 발현정도를 비교함으로서 간 분화율을 비교하였다.For the experimental group, the differentiation ratios were compared by comparing the degree of albumin gene expression between each group using the coating vessel quality and supporting cells (Gel: gelatin, Mat: Matrigel, Coll: Collagen, STO: STO feeder cell etc.

그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 돼지 iPSC의 간세포 분화는 Mat+Coll 조건에서 분화율이 가장 우세하였다.
As a result, as shown in Fig. 3, hepatocyte differentiation of porcine iPSC was most favored in the Mat + Coll condition.

또한, 본 발명자들은 상기 Mat+Coll 코팅으로 최적화된 분화조건에서 다양한 농도의 LECM을 세포 배양 배지에 첨가하여 간 분화에 가장 효과적인 조건을 확인하였다. 이 때, 앞서 도 2E에 대하여 상술한 바와 같이, 본 발명의 간세포 분화 프로토콜 1-4 단계 중 4 단계에만 LECM를 첨가한 경우가 가장 효과적이었으므로, 4 단계에서 LECM을 농도별로 배지에 첨가하였다.In addition, the present inventors confirmed the most effective conditions for liver differentiation by adding various concentrations of LECM to the cell culture medium under optimized differentiation conditions with the Mat + Coll coating. At this time, as described above with reference to FIG. 2E, LECM was added only to the 4th step of the hepatocyte differentiation protocol 1-4 of the present invention. Therefore, in step 4, LECM was added to the medium by concentration.

그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 배지의 총 부피의 10%로 LECM을 처리한 경우, iPSC-Hep에서 가장 효과적으로 AFP 및 ALB의 발현을 유도하였다(도 4).As a result, as shown in Fig. 4, when LECM was treated with 10% of the total volume of the medium, the expression of AFP and ALB was most effectively induced in iPSC-Hep (Fig. 4).

이러한 결과는 본 발명의 방법이 간세포 계통 또는 기관 특이 분화에 대하여 효율적으로 적용될 수 있다는 것을 보여준다.
These results show that the method of the present invention can be efficiently applied to hepatocellular or organ specific differentiation.

Claims (11)

다음 단계를 포함하는 줄기세포(Stem Cells)로부터 간세포(Hepatocytes)로의 분화 방법:
(a) 코팅용 기질 및/또는 지지세포로 코팅된 배양 용기에 줄기세포를 배양하여 배아체(Embryoid Bodies, EBs)를 형성 및 배양하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 배양시 분화 유도 물질을 단계별로 첨가하여 간세포로의 분화를 유도하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계의 분화 유도시 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물(Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate)을 첨가하여 간세포의 분화율을 증진시키는 단계.
Method of differentiating stem cells (Stem Cells) into hepatocytes comprising the following steps:
(a) forming and culturing embryoid bodies (EBs) by culturing stem cells in a culture container coated with a coating substrate and / or supporting cells;
(b) inducing differentiation into hepatocytes by adding the differentiation inducing substances in the step (a) stepwise; And
(c) adding a biocompatible solubilized scaffold concentrate derived from the defatted biomaterial to induce the differentiation of step (b), thereby enhancing the differentiation rate of hepatocytes.
제 1 항에 있어서, 상기 (a) 단계의 줄기세포는 역분화 줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cells, iPSC), 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell), 골수유래 줄기세포(Marrow-derived Stem Cell), 지방유래줄기세포(Adipose tissue-derived Stem Cells) 및 태반유래 줄기세포(Placenta-derived Stem Cells)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the stem cells of step (a) are selected from the group consisting of Induced Pluripotent Stem Cells (iPSC), Embryonic Stem Cells, Marrow-derived Stem Cells, Wherein the stem cell is one or more selected from the group consisting of Adipose tissue-derived stem cells and Placenta-derived stem cells. 제 1 항에 있어서, 상기 (b) 단계의 간세포로의 분화를 유도하는 단계는
(가) Y27362 및/또는 액티빈 A(activin A)을 첨가하는 단계;
(나) BMP4(bone morphogenetic protein 4) 및/또는 bFGF(basic fibroblast growth factor)를 첨가하는 단계;
(다) HGF(porcine hepatocyte growth factor) 및/또는 ITS(insulin-transferrin-selenium X)를 첨가하는 단계; 및
(라) OSM(oncostatin M), DEX(dexamethasone) 및 ITS(insulin-transferrin-selenium X)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 첨가하는 단계;
로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단계로 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the step (b) of inducing differentiation into hepatocytes comprises
(A) adding Y27362 and / or activin A;
(B) adding bone morphogenetic protein 4 (BMP4) and / or basic fibroblast growth factor (bFGF);
(C) adding HGF (porcine hepatocyte growth factor) and / or ITS (insulin-transferrin-selenium X); And
(D) adding at least one selected from the group consisting of OSM (oncostatin M), DEX (dexamethasone) and ITS (insulin-transferrin-selenium X);
&Lt; / RTI &gt; is carried out in one or more steps selected from the group consisting of:
제 3 항에 있어서, 상기 (b) 단계는 (라) OSM(oncostatin M), DEX(dexamethasone) 및 ITS(insulin-transferrin-selenium X)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 첨가하는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 3, wherein the step (b) is a step of adding at least one selected from the group consisting of OSM (oncostatin M), DEX (dexamethasone) and ITS (insulin-transferrin-selenium X) Lt; / RTI &gt; 제 1 항에 있어서, 상기 (c) 단계의 가용화 스캐폴드 농축물은 총 배지 부피의 1% 내지 40%로 혼입되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the solubilized scaffold concentrate of step (c) is incorporated at 1% to 40% of the total volume of the medium. 제 1 항에 있어서, 상기 (c) 단계의 가용화 스캐폴드 농축물은 하기와 같은 단계에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법:
(c-1) 생체 조직을 탈세포화(decellularization)하는 단계;
(c-2) 상기 탈세포화된 조직으로부터 세포외 기질(ECM, Extracellular Matrix)을 수득하는 단계;
(c-3) 상기 (c-2) 단계의 ECM을 동결건조 후 분쇄하여 분말을 형성하는 단계;
(c-4) 상기 (c-3) 단계의 분말에 산용액을 첨가하여 산추출한 산가용성 추출물을 수득하는 단계;
(c-5) 상기 (c-4) 단계의 산가용성 추출물에 펩신을 첨가하여 분해한 펩신 가용화 추출물을 수득하는 단계;
(c-6) 상기 (c-5) 단계의 펩신 가용화 추출물을 중화하여 가용성 추출물을 수득하는 단계;
(c-7) 상기 (c-6) 단계의 가용성 추출물을 농축하여 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물을 수득하는 단계.
The method of claim 1, wherein the solubilized scaffold concentrate of step (c) is prepared by the following steps:
(c-1) decellularizing the biotissue;
(c-2) obtaining an extracellular matrix (ECM) from the degummed tissue;
(c-3) lyophilizing the ECM of the step (c-2) and pulverizing the powder to form a powder;
(c-4) obtaining an acid-soluble extract obtained by adding an acid solution to the powder of the step (c-3) to obtain an acid-extracted extract;
(c-5) obtaining pepsin solubilized extract by the addition of pepsin to the acid-soluble extract of step (c-4);
(c-6) neutralizing the pepsin-solubilized extract of step (c-5) to obtain a soluble extract;
(c-7) concentrating the soluble extract of step (c-6) to obtain a biocompatible solubilized scaffold concentrate.
제 6 항에 있어서, 상기 (c-1) 단계의 생체 조직은 포유류의 간, 심장, 신장, 위, 소장, 대장, 비장, 방광, 폐 또는 피부인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 6, wherein the living tissue of step (c-1) is liver, heart, kidney, stomach, small intestine, large intestine, spleen, bladder, lung or skin of a mammal. 제 6 항에 있어서, 상기 (c-1) 단계의 탈세포화는 용해 용액(lysis solution), 저장성 용액(hypotonic solution), 계면활성제, RNase A 및 DNase I으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the de-saturation of step (c-1) comprises using at least one selected from the group consisting of a lysis solution, a hypotonic solution, a surfactant, RNase A and DNase I. Lt; / RTI &gt; 제 8 항에 있어서, 상기 계면활성제는 SDS (sodium dodecyl sulfate), Triton-X, DNase 및 CHAPS (3-(3-cholamidopropyl)dimethylammonio)-1-propane sulfonate)로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 방법.9. The method according to claim 8, wherein the surfactant is at least one selected from the group consisting of sodium dodecyl sulfate (SDS), Triton-X, DNase and CHAPS (3- (3-cholamidopropyl) dimethylammonio) -1-propane sulfonate Lt; / RTI &gt; 탈세포화된 생체 조직 유래의 생체적합성 가용화 스캐폴드 농축물(Biocompatible Solubilized Scaffold Concentrate)을 유효성분으로 포함하는 줄기세포로부터 간세포로의 분화 유도용 배지 조성물.A medium composition for inducing the differentiation of stem cells into hepatocytes comprising biocompatible solubilized scaffold concentrate derived from depleted biomass as an active ingredient. 제 10 항에 있어서, 상기 조성물은 추가적으로 분화유도물질을 첨가하는 것을 특징으로 하는 조성물.
11. The composition of claim 10, wherein the composition further comprises a differentiation inducing agent.
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