KR20180015312A - Method for differentiating cardiomyocytes from hair follicle cells and use thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for differentiating hair follicle cells into cardiomyocytes, cardiomyocytes differentiated by the method, and uses thereof. According to the present invention, the method for differentiating hair follicle cells into cardiomyocytes is a specific method capable of differentiating hair follicle cells into only cardiomyocytes without differentiation into neurons, neurogliocytes, keratinocytes, and the like, wherein the hair follicle cells are cultured in accordance the method to continuously maintain pulsatile ability, and to enable differentiation into cardiomyocytes which strongly express cardiomyocyte-specific differentiation markers. The cardiomyocytes differentiated according to the method can be used for screening a library of therapeutic substances for developing a therapeutic agent of cardiovascular diseases, and for studying a mechanism of cardiovascular diseases, and are expected to be widely used in various fields, such as a cell therapeutic agent or the like, by being directly applied to cells, proliferated, and re-injected into a patient.

Description

모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법 및 이의 용도{Method for differentiating cardiomyocytes from hair follicle cells and use thereof}Methods for differentiating cardiomyocytes from cardiomyocytes into cardiomyocytes and uses thereof

본 발명은 모낭세포로부터 심근세포로 분화시키는 방법, 상기 방법으로 분화된 심근세포, 및 이의 용도에 관한 것이다. The present invention relates to a method of differentiating follicular cells into myocardial cells, differentiated myocardial cells, and uses thereof.

심혈관질환은 전 세계적인 주요 사망원인으로 알려져 있는 질환이다. 심근경색증은 심실동기이상에 따른 심근세포의 비가역적인 괴사를 초래하는 허혈성 심장질환의 일반적인 증상이며, 결과적으로 점진적인 심부전을 초래한다. 이러한 심부전은 일반적으로 최종 분화된 심근세포의 제한된 분열능력 또는 심장 동맥 혈전증에 의한 혈액공급의 갑작스런 중단에 의해 야기될 수 있다. 대략 450,000-750,000명의 심부전 환자들이 현재 심장이식을 기다리고 있으나, 일 년 동안 오직 1,000명의 환자들만이 심장을 기증받는 실정이다. 지금까지 약학, 의학, 및 수술분야에서 심부전의 치료를 위한 다양한 연구들이 이루어지고 있으나, 현재까지도 치료법은 제한적이어서 많은 심부전 환자들을 치료할 수 있는 대안적인 치료법 개발이 필요한 실정이다.Cardiovascular disease is a major cause of death worldwide. Myocardial infarction is a common symptom of ischemic heart disease that results in irreversible necrosis of myocardial cells due to ventricular arrhythmia, resulting in gradual heart failure. Such heart failure can generally be caused by limited dividing capacity of the final differentiated myocardial cells or sudden interruption of blood supply by coronary artery thrombosis. Approximately 450,000-750,000 patients with heart failure are currently waiting for a heart transplant, but only 1,000 patients are donating a heart for a year. So far, various studies have been conducted for the treatment of heart failure in pharmacological, medical, and surgical fields. However, until now, the treatment method is limited, so it is necessary to develop an alternative treatment method for treating many heart failure patients.

줄기세포에 기반한 치료법(Stem cell-based therapy)은 상기 대안적인 치료법 중 하나로 꼽히며, 상실된 심근세포를 채우고 심근을 재생시킬 수 있는 유망한 치료법으로 주목받고 있다. 종래에는 배아줄기세포(embryonic stem cells; ESCs), 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cells; iPSCs), 다능성 성선줄기세포(multipotent germline stem cells; mGSCs), 및 중간엽줄기세포(mesenchymal stem cells; MSCs)를 이용한 전임상시험 연구들이 수행되어왔다. 특히, 다능성 줄기세포는 심근 재생 및 분화를 위해 주로 이용되는 세포로 알려져 있다. 그러나 이러한 세포들을 임상에 적용하였을 때 이식 후 분화되지 않은 다능성 줄기세포에 의해 기형종(teratoma)이 생성될 수 있다는 한계점이 존재한다. Stem cell-based therapy is considered as one of the alternative therapies, and has attracted attention as a promising therapy for filling up lost myocardial cells and regenerating myocardium. Conventionally, embryonic stem cells (ESCs), induced pluripotent stem cells (iPSCs), multipotent germline stem cells (mGSCs), and mesenchymal stem cells MSCs) have been performed. In particular, pluripotent stem cells are known to be mainly used for myocardial regeneration and differentiation. However, there is a limit to the possibility that teratomas can be produced by pluripotent stem cells not differentiated after transplantation when these cells are applied to clinical practice.

한편, 모낭(hair follicle; HF)은 털을 만드는 피부기관으로, 포유류에서 평생 동안 성장(anagen), 퇴화(catagen), 및 휴지기를 순환하는 특별한 재생 능력을 갖는 조직이다. 모낭 줄기/전구세포는 팽창영역(bulge area)이라 불리는 모낭의 위쪽 영역에 존재하며, 상기 모낭줄기세포는 모낭의 다양한 세포 및 다양한 표피세포로 분화하며, 성장기 동안 모낭구조를 재생시킨다. 또한, 모낭줄기세포는 외모근초 모모세포(outer-root sheath hair matrix cell), 내모근초(inner-root sheath), 피지선세포(sebaceous-gland basal cells) 및 표피로 분화가 가능함이 보고된바 있다. 최근에는 다능성 성체줄기세포인 포유류 피부 표피에서 분리한 피부 유래 전구세포를 뉴런, 신경아교세포, 평활근세포, 및 지방세포로 분화시킬 수 있음이 보고되었으며(Toma, J. G. et al. 2001, Nat Cell Biol 3: 778-784), 다능성 신경능줄기세포(neural crest stem cells)가 모낭의 피부유두에 존재함이 보고되었다. 또한, 신경 줄기/전구세포 마커인 네스틴(nestin)은 모낭의 팽창영역의 세포에서 선택적으로 발현되며, 이러한 네스틴을 발현하는 세포는 in vitro에서 신생혈관, 뉴런, 신경아교세포, 평활근세포, 각질세포, 및 멜라닌세포로 분화할 수 있음이 보고되었다. On the other hand, hair follicle (HF) is a skin organ that makes hair, a tissue with special regenerative capacity to circulate throughout the life of anagen, catagen, and rest period in mammals. The follicular stem / progenitor cells are located in the upper region of the hair follicle called the bulge area, and these follicular stem cells differentiate into various cells of the hair follicle and various epidermal cells and regenerate the hair follicle structure during the growing period. In addition, follicular stem cells have been reported to be capable of differentiating into outer-root sheath hair matrix cells, inner-root sheath, sebaceous-gland basal cells, and epidermis . Recently, it has been reported that the skin-derived precursor cells isolated from mammalian skin epidermis, which are pluripotent adult stem cells, can be differentiated into neurons, glia cells, smooth muscle cells and adipocytes (Toma, JG et al. 2001, Nat Cell Biol 3: 778-784), and that neural crest stem cells are present in the skin nipple of the hair follicles. In addition, nestin, a neural stem / progenitor cell marker, is selectively expressed in the cells of the expansion region of the hair follicle, and the cells expressing this nestin are expressed in vitro in neovasculature, neurons, glia cells, smooth muscle cells, Cells, and melanocytes.

이에 더하여, 마우스 코털 모낭의 세 구역(위, 중간, 아래) 모두 hair-follicle-associated pluripotent(HAP) 줄기세포가 존재하며, 이는 박동하는 심근세포뿐만 아니라 뉴런, 신경아교세포, 각질세포, 및 평활근세포로 분화할 수 있음이 보고되었다. 그러나 이러한 프로토콜은 hair-follicle-associated pluripotent (HAP) 줄기세포를 다른 세포로 분화시킬 때 다양한 타입의 세포가 함께 생성되므로, 재생약물 및 임상적용에 이용되기에는 중요한 단점들이 존재하며, 심근세포만 특이적으로 분화시킬 수 있는 방법이 아직 확립되지 않은 실정이다.In addition, there are hair-follicle-associated pluripotent (HAP) stem cells in all three regions (upper, middle, and lower) of the mouse hair follicle, which are not only pulsatile myocardial cells but also neurons, glial cells, keratinocytes, , And the ability to differentiate into different types of cells. However, these protocols have important drawbacks to be used in regenerative drugs and clinical applications because different types of cells are co-produced when hair-follicle-associated pluripotent (HAP) stem cells are differentiated into different cells, However, there is no established method for differentiating them.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명자들은 모낭세포로부터 심근세포로만 특이적으로 분화시킬 수 있는 배양방법을 예의 연구한 결과, 심근세포로만 분화시킬 수 있는 분화방법을 확립하고 상기 방법에 따라 모낭세포를 배양하여 심근세포 형태 및 박동능을 나타내며 심근세포 특이적 마커 단백질을 발현하는 심근유사세포를 수득함으로써 본 발명을 완성하였다. In order to solve the above conventional problems, the present inventors have made intensive studies on a culturing method capable of specifically differentiating only follicular cells from myocardial cells. As a result, they have established a differentiation method capable of differentiating into only myocardial cells, Thus, the present invention was completed by culturing the hair follicle cells to obtain cardiomyocyte-like cells expressing myocardial cell shape and pulsatile ability and expressing myocardial cell-specific marker protein.

이에, 본 발명은 모낭세포를 성장인자가 포함된 심근세포 분화배지를 이용하여 지지세포 위에서 배양하는 단계를 포함하는, 모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for differentiating follicular cells into cardiomyocytes, comprising culturing hair follicle cells on support cells using a myocardial cell differentiation medium containing growth factors.

또한, 본 발명은 상기 분화방법에 의해 분화된 심근세포 및 이를 포함하는 심혈관질환 치료용 세포치료제를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a cardiomyocyte differentiated by the differentiation method and a cell therapy agent for treating cardiovascular diseases comprising the same.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모낭세포를 성장인자가 포함된 심근세포 분화배지를 이용하여 지지세포 위에서 배양하는 단계를 포함하는, 모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법을 제공한다.In order to accomplish the object of the present invention, the present invention provides a method for differentiating hair follicle cells into cardiomyocytes, comprising culturing hair follicle cells on supporting cells using a myocardial cell differentiation medium containing growth factors to provide.

본 발명의 일 구현예로, 상기 성장인자는 혈관표피성장인자(vascular endothelial growth factor; VEGF)일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the growth factor may be vascular endothelial growth factor (VEGF).

본 발명의 다른 구현예로, 상기 심근세포 분화배지는 MSFM(mouse serum free medium) 또는 KO-DMEM/B27(knock-out DMEM)일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the myocardial cell differentiation medium may be mouse serum free medium (MSFM) or KO-DMEM / B27 (knock-out DMEM).

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 지지세포는 OP9 세포일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the supporting cell may be an OP9 cell.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 모낭세포는 5 내지 20일 동안 배양되는 것일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the hair follicle cell may be cultured for 5 to 20 days.

또한, 본 발명은 상기 분화방법에 의해 분화된, 심근세포를 제공한다.The present invention also provides a myocardial cell differentiated by the differentiation method.

또한, 본 발명은 상기 심근세포를 유효성분으로 포함하는, 심혈관질환 치료용 세포치료제를 제공한다. In addition, the present invention provides a cell therapy agent for treating cardiovascular diseases, comprising the above myocardial cell as an active ingredient.

본 발명의 일 구현예로, 상기 심혈관질환은 협심증, 심근경색, 허혈성 심장질환, 고지혈증, 뇌졸중, 동맥경화, 고혈압, 부정맥, 뇌혈관 질환, 및 관상동맥 질환으로 이루어진 군으로부터 선택되는 질환일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the cardiovascular disease may be a disease selected from the group consisting of angina pectoris, myocardial infarction, ischemic heart disease, hyperlipidemia, stroke, arteriosclerosis, hypertension, arrhythmia, cerebrovascular disease, and coronary artery disease .

본 발명에 따른 모낭세포로부터 심근세포로 분화시키는 방법은 모낭세포를 다른 계열의 세포로 분화시키지 않고 오직 심근세포로만 분화시킬 수 있는 특이적인 분화방법으로서, 상기 방법에 따라 모낭세포를 배양하여 박동능이 지속적으로 유지되며, 심근세포 특이적 분화 마커를 강하게 발현하는 심근세포로 분화시킬 수 있다. 따라서 상기 방법에 따라 분화된 심근세포는 심혈관계 질환의 치료제 개발을 위한 치료물질의 라이브러리 스크리닝 및 심혈관계 질환의 기전 연구에 이용될 수 있으며, 또한 직접 세포에 조작을 가하고 증식시켜 환자에게 다시 주입함으로써 세포치료제로써 이용하는 등 다양한 분야에 널리 활용될 것으로 기대된다.The method of differentiating follicular cells into myocardial cells according to the present invention is a specific differentiation method capable of differentiating follicular cells into only myocardial cells without differentiating hair follicular cells into different kinds of cells. The hair follicular cells are cultured according to the above- And can differentiate cardiomyocyte-specific differentiation markers into strongly expressing cardiomyocytes. Therefore, the differentiated myocardial cells according to the above method can be used for library screening of a therapeutic substance for the development of a therapeutic agent for cardiovascular diseases and for studying the mechanism of cardiovascular diseases, and also directly manipulating the cells, And it is expected to be widely used in various fields such as the use as a cell therapy agent.

도 1은, 모낭세포의 심근세포로의 분화에 배양배지가 미치는 영향을 알아보기 위해, 모낭세포를 각각의 배지에서 배양한 후 심근세포 특이적 유전자인 Tnnt2의 mRNA의 발현수준을 qRT-PCR로 확인한 결과이다.
도 2는, 모낭세포의 심근세포로의 분화에 효과적인 성장인자를 선별하기 위해, 모낭세포를 GSI, BMP-4, activin A, Noggin, 또는 VEGF가 첨가된 MSFM 또는 KO-DMEM/B27 배지에서 배양한 후 심근세포 특이적 유전자인 Tnnt2의 mRNA의 발현수준을 qRT-PCR로 확인한 결과이다.
도 3a 및 도 3b는, 모낭세포의 심근세포로의 분화에 효과적인 성장인자를 선별하기 위해, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 MSFM 배지를 이용해 각 지지세포(OP9, STO, MEF, 및 C166) 위에서 배양한 후 현미경 관찰(도 3a) 및 Tnnt2의 mRNA의 발현수준을 qRT-PCR(도 3b)로 확인한 결과이다.
도 4a 및 도 4b는, 모낭세포의 심근세포로의 분화에 효과적인 성장인자를 선별하기 위해, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 KO-DMEM/B27 배지를 이용해 각 지지세포(OP9, STO, MEF, 및 C166)에서 배양한 후 현미경 관찰(도 4a) 및 Tnnt2의 mRNA의 발현수준을 qRT-PCR(도 4b)로 확인한 결과이다.
도 5는, MSFM 또는 KO-DMEM/B27 배지에서 배양한 OP9 지지세포 및 상기 지지세포 위에서 배양한 모낭세포에서 Tnnt2의 mRNA의 발현수준을 qRT-PCR로 확인한 결과이다.
도 6은, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 MSFM 또는 KO-DMEM/B27 배지를 이용해 OP9 지지세포 위에서 배양한 후 Tnnt2의 mRNA의 발현수준을 측정하여 OP9 지지세포 이용 시 배지 종류에 따른 분화효율을 비교한 결과이다.
도 7은, OP9 지지세포에서 다양한 마커 단백질(Pan-cadherin, cTnT, Nestin, CK15, CK19, 및 PLZF)이 발현되는지 확인하기 위해 면역세포화학염색법을 실시한 결과이다.
도 8은, 모낭세포에서 다양한 마커 단백질(Pan-cadherin, cTnT, Nestin, CK15, CK19, 및 PLZF)이 발현되는지 확인하기 위해 면역세포화학염색법을 실시한 결과이다.
도 9는, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 KO-DMEM/B27 배지를 이용해 OP9 지지세포 위에서 배양한 후 다양한 마커 단백질(Pan-cadherin, cTnT, Nestin, CK15, CK19, 및 PLZF)의 발현여부를 면역세포화학염색법으로 확인한 결과이다.
도 10은, 도 9의 방법으로 배양한 세포에서 다양한 심장세포 특이적 유전자인 Tnnt2, Mesp1, Isl1, Mef2c, Nkx2.5 및 Tbx5의 mRNA 발현량을 qRT-PCR을 통해 확인한 결과이다.
도 11은, 도 9의 방법으로 배양한 세포의 형태를 현미경으로 관찰한 결과이다.
FIG. 1 shows the effect of the culture medium on the differentiation of hair follicle cells into myocardial cells. After the hair follicle cells were cultured in the respective medium, the expression level of mRNA of Tnnt2, a myocardial cell-specific gene, was determined by qRT-PCR The result is confirmed.
FIG. 2 shows the results of culturing hair follicle cells in MSFM or KO-DMEM / B27 medium supplemented with GSI, BMP-4, activin A, Noggin, or VEGF to select growth factors effective for differentiation of hair follicle cells into cardiomyocytes And the expression level of mRNA of Tnnt2, a myocardial cell-specific gene, was confirmed by qRT-PCR.
FIGS. 3A and 3B show that the hair follicle cells were cultured on each support cell (OP9, STO, MEF, and C166) using MSFM medium supplemented with VEGF to select growth factors effective for differentiation of hair follicle cells into cardiomyocytes (Fig. 3A) and the expression level of mRNA of Tnnt2 were confirmed by qRT-PCR (Fig. 3B).
FIGS. 4A and 4B show that hair follicle cells were cultured in KO-DMEM / B27 medium supplemented with VEGF (OP9, STO, MEF, and MEF) in order to select growth factors effective for differentiation of hair follicle cells into cardiomyocytes C166), and the results of microscopic observation (FIG. 4A) and the expression level of mRNA of Tnnt2 were confirmed by qRT-PCR (FIG. 4B).
FIG. 5 shows the results of qRT-PCR for the expression level of mRNA of Tnnt2 in OP9 supporting cells cultured in MSFM or KO-DMEM / B27 medium and in hair follicle cells cultured on the supporting cells.
FIG. 6 is a graph comparing the expression level of Tnnt2 mRNA on OP9-supporting cells using MSFM or KO-DMEM / B27 medium supplemented with VEGF, This is a result.
FIG. 7 shows the result of immunocytochemical staining for confirming expression of various marker proteins (Pan-cadherin, cTnT, Nestin, CK15, CK19 and PLZF) in OP9 supporting cells.
FIG. 8 shows the result of immunocytochemistry to determine whether various marker proteins (Pan-cadherin, cTnT, Nestin, CK15, CK19, and PLZF) are expressed in hair follicular cells.
FIG. 9 shows the expression of various marker proteins (Pan-cadherin, cTnT, Nestin, CK15, CK19, and PLZF) after immunoprecipitation of OP9 supporting cells using KO-DMEM / B27 medium supplemented with VEGF The results were confirmed by cytochemical staining.
FIG. 10 shows the results of qRT-PCR analysis of mRNA expression levels of various cardiac cell-specific genes Tnnt2, Mesp1, Isl1, Mef2c, Nkx2.5 and Tbx5 in the cells cultured by the method of FIG.
Fig. 11 shows the result of observing the morphology of the cells cultured by the method of Fig. 9 with a microscope.

본 발명은 모낭세포로부터 심근세포로 분화시키는 방법, 상기 방법으로 분화된 심근세포, 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a method of differentiating follicular cells into myocardial cells, differentiated myocardial cells, and uses thereof.

본 발명자들은 모낭세포로부터 심근세포로 분화시킬 수 있는 방법을 예의 연구한 결과, 심근세포로만 특이적으로 분화시킬 수 있는 분화방법을 확립하고 상기 방법에 따라 모낭세포를 배양하여 심근세포를 수득하였는바, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made intensive studies on the method of differentiating hair follicle cells into myocardial cells. As a result, we have established a differentiation method capable of specifically differentiating into only myocardial cells and cultured hair follicles according to the above method to obtain myocardial cells , Thereby completing the present invention.

이에, 본 발명은 모낭세포를 성장인자가 포함된 심근세포 분화배지를 이용하여 지지세포 위에서 배양하는 단계를 포함하는 모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법을 제공한다. Accordingly, the present invention provides a method for differentiating hair follicle cells into cardiomyocytes, comprising culturing hair follicle cells on supporting cells using a myocardial cell differentiation medium containing growth factors.

본 발명에 있어서, 상기 성장인자는 혈관표피성장인자(vascular endothelial growth factor; VEGF)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the growth factor may be, but is not limited to, vascular endothelial growth factor (VEGF).

상기 심근세포 분화배지는 MSFM(mouse serum free medium) 또는 KO-DMEM/B27(knock-out DMEM)일 수 있고, 보다 바람직하게는 KO-DMEM/B27일 수 있으며, 당해 분야에서 통상적으로 이용 가능한 배양배지 첨가물을 포함할 수 있다. The myocardial cell differentiation medium may be mouse serum free medium (MSFM) or KO-DMEM / B27 (knock-out DMEM), more preferably KO-DMEM / B27 and may be cultured as commonly used in the art Media additive.

본 발명에서 사용되는 용어, “지지세포(Feeder cells)”란, 배아줄기세포의 미분화 상태를 유지하는데 기여하는 영양인자들을 분비하고, 세포 접촉으로 매개되는 미분화 유지기작과 연관되어 있다고 알려져 있다. 지지세포에서 분비되는 신호전달 물질들은 배아줄기세포의 미분화 유지 또는 분화 개시를 조절하는데 기여한다. 지지세포로부터 분비되는 물질들은 Wnt(Wingless-type MMTV integration site family), BMPs(Bone Morphogenetic Proteins), TGF-β(Transforming Growth Factor-beta), 세포외기질(extracellular matrix) 등이 있다. 마우스 또는 인간 유래 다양한 지지세포를 이용하여 배아줄기세포 또는 유도만능 줄기세포로 분화시킨 보고들이 있다. 본 발명에 있어서 지지세포는 OP9, STO, MEF, 및 C166일 수 있고, 보다 바람직하게는 OP9 세포를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The term " feeder cells " used in the present invention is known to be associated with undifferentiated maintenance mechanisms that secrete nutritional factors that contribute to maintaining the undifferentiated state of embryonic stem cells and mediate cell contact. The signaling substances secreted by the supporting cells contribute to regulate the undifferentiated maintenance or differentiation initiation of embryonic stem cells. The substances secreted from the supporting cells include Wnt (Wingless-type MMTV integration site family), BMPs (Bone Morphogenetic Proteins), TGF-β (Transforming Growth Factor-beta) and extracellular matrix. There have been reports of differentiation into embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells using various supporting cells derived from mouse or human. In the present invention, the supporting cells may be OP9, STO, MEF, and C166, and more preferably, OP9 cells may be used, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 모낭세포는 상기 배양조건에 따라 5일 내지 20일 동안 배양되어 심근세포로 분화가 유도될 수 있다. In the present invention, the hair follicle cells may be cultured for 5 days to 20 days depending on the culture conditions to induce differentiation into myocardial cells.

본 발명에서 사용되는 용어, “심근세포(Cardiomyocyte)”란, 심장근육을 구성하는 근육세포로서, 각각의 심근세포는 근육세포의 기본적인 수축단위인 근절의 긴 사슬을 구성하는 특화된 기관인 근원섬유(myofibrils)를 포함한다. 심근세포는 심장의 박동 동안 적절한 형태변화를 위해 유연한 섬유형태를 갖는다. 본 발명에 있어서 심근세포는 바람직하게는 심근세포와 형태, 박동능, 및 심근세포 특이적 유전자(Pan-cadherin, cTnT, Tnnt2, Mesp1, Isl1, Mef2c, Nkx2.5 및 Tbx5)를 발현하는 심근유사세포를 의미한다. As used herein, the term " Cardiomyocyte " refers to a muscle cell constituting the heart muscle. Each cardiomyocyte is composed of a myofibrils (myofibrils), a specialized organs constituting a long chain of excretion, ). Myocardial cells have a flexible fiber shape for proper shape changes during beating of the heart. In the present invention, myocardial cells are preferably myocardial cells expressing myocardial cells, morphology, pulsatility, and myocardial cell specific genes (Pan-cadherin, cTnT, Tnnt2, Mesp1, Isl1, Mef2c, Nkx2.5 and Tbx5) Cells.

본원발명의 실시예에서는, 상기 분화방법에 따라 모낭세포를 배양하여 심근세포 유사 형태, 박동능, 및 심장세포 특이적 유전자들을 발현하는 심근유사세포로 분화되는 것을 확인하였다.In the examples of the present invention, it was confirmed that the hair follicle cells were cultured according to the differentiation method and differentiated into myocardial cell-like cells expressing cardiomyocyte-like morphology, pulsatility, and cardiac cell-specific genes.

본 발명의 일실시예에서는, 모낭세포로부터 심근세포로 특이적으로 분화시킬 수 있는 분화 조건을 확립하기 위해, 효과적으로 분화능을 향상시킬 수 있는 배양배지, 성장인자, 및 지지세포의 종류를 결정하고, 이를 통해 최적의 분화방법을 확립하였다(실시예 2 내지 4 참고).In one embodiment of the present invention, in order to establish a differentiation condition capable of specifically differentiating into follicular cells from a hair follicle cell, a culture medium, a growth factor, and a kind of supporting cells capable of effectively improving the differentiation ability are determined, Whereby an optimal differentiation method was established (see Examples 2 to 4).

본 발명의 다른 실시예에서는, 본 발명에 따른 분화방법에 따라 모낭세포를 배양시킨 후 다양한 심장 특이적 유전자들의 mRNA 발현량이 증가하며, 다른 계열의 세포 즉, 뉴런, 신경아교세포, 모낭, 및 생식선 세포들에 특이적인 유전자들의 발현이 증가하지 않는 것을 통해 모낭세포에서 심근세포로만 분화되었음을 확인하였다. 또한, 현미경 관찰을 통해 상기 분화된 세포는 심근세포와 유사한 형태를 나타내며, 지속적인 박동능을 보임을 확인하였다(실시예 5 참고).In another embodiment of the present invention, the amount of mRNA expression of various cardiac specific genes is increased after culturing hair follicle cells according to the differentiation method according to the present invention, and the cells of other series, that is, neurons, glial cells, hair follicles, And that the expression of specific genes was not increased in the hair follicle cells. In addition, microscopic observation revealed that the differentiated cells showed a similar shape to the myocardial cells and showed sustained pulsatility (see Example 5).

상기로부터, 본원발명에 따른 분화방법은 모낭세포를 심근세포로 분화시키는데 매우 유용하게 이용할 수 있을 것으로 기대된다. From the above, the differentiation method according to the present invention is expected to be very useful for differentiating hair follicle cells into myocardial cells.

이에, 본 발명은 상기 분화방법에 의해 분화된 심근세포를 제공한다. Accordingly, the present invention provides myocardial cells differentiated by the differentiation method.

또한, 본 발명은 상기 심근세포를 유효성분으로 포함하는 심혈관질환 치료용 세포치료제를 제공한다.In addition, the present invention provides a cell therapy agent for treating cardiovascular diseases comprising the myocardial cell as an active ingredient.

본 발명에서 사용되는 용어, “세포치료제(cell therapy)”란, 세포와 조직의 기능을 복원하기 위하여 살아있는 자가, 동종, 이종의 세포들을 체외에서 증식, 선별하거나 여타 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등 일련의 행위를 통하여 특정 질환의 치료, 진단, 예방의 목적으로 사용되는 의약품을 의미한다. The term " cell therapy " used in the present invention means that a living individual, allogeneic, or heterogeneous cells are expanded, selected, or otherwise altered biological characteristics of cells to restore the functions of cells and tissues And to treat, diagnose, and prevent a specific disease through a series of actions, including, for example,

본 발명에 있어서 상기 심혈관질환은 협심증, 심근경색, 허혈성 심장질환, 고지혈증, 뇌졸중, 동맥경화, 고혈압, 부정맥, 뇌혈관 질환, 및 관상동맥 질환으로 이루어진 군으로부터 선택되는 질환일 수 있다. In the present invention, the cardiovascular disease may be a disease selected from the group consisting of angina pectoris, myocardial infarction, ischemic heart disease, hyperlipidemia, stroke, arteriosclerosis, hypertension, arrhythmia, cerebrovascular disease, and coronary artery disease.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[실시예][Example]

실시예 1. 실험준비 및 실험방법Example 1. Experimental Preparation and Experimental Method

1-1. 실험동물1-1. Experimental animal

본 발명의 동물실험은 중앙대학교 실험동물운영위원회의 승인을 받아 미국국립보건원의 실험동물 사용 지침서를 준수하여 시행하였다. 마우스는 21 ± 2°C, 55 ± 10% 습도, 및 12시간의 낮/밤 주기 조건하에서 사육하였다. 실험에 사용한 B6CBA-Tg(Pou5f1-EGFP)2Mnn(OG2) 마우스는 Harlan Laboratories(Indianapolis, IN, USA)에서 구입하였고, 상기 마우스로부터 모낭세포를 분리하여 실험에 이용하였다.The animal test of the present invention was carried out in accordance with the guidelines of the National Laboratory for Laboratory Animal Usage, approved by the Experimental Animal Management Committee of Chung Ang University. The mice were bred under conditions of 21 ± 2 ° C, 55 ± 10% humidity, and 12 hours of day / night cycles. The B6CBA-Tg (Pou5f1-EGFP) 2Mnn (OG2) mice used in the experiments were purchased from Harlan Laboratories (Indianapolis, IN, USA) and hair follicle cells were isolated from the mice.

1-2. 모낭세포 분리 및 수집1-2. Isolation and Collection of Hair Cells

OG2 마우스로부터 모낭세포를 분리하기 위해, 마우스를 희생시키고 등쪽 피부(dorsal skin)를 절개하여 1×2 cm의 등쪽 피부 조각을 얻었으며, 모든 수술과정은 무균 환경하에서 진행하였다. 마우스에서 얻은 등쪽 피부에 Dulbecco's Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12(DMEM/F12, 1:1 mixture; Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)로 희석한 2.5 ㎎/㎖의 디스파아제(dispase)를 처리하여 4℃에서 밤새 배양하였다. 다음날, 정교한 핀셋으로 피부로부터 전체 모낭을 당겨 분리하고, 0.25% 트립신(trypsin)-EDTA(Thermo Fisher Scientific)와 7 ㎎/㎖ DNase I(Roche, Basel, Switzerland)을 4:1로 혼합한 용액을 DPBS(Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline)와 함께 처리하여 37℃에서 5분 동안 배양한 후 10% FBS를 처리하여 트립신 활성을 억제시켰다. 이후 세포 현탁액을 40-μm 직경 구멍이 있는 nylon mesh(BD Biosciences, San Jose, CA, USA)에 통과시키고, 트리판 블루(trypan blue) 시약을 이용해 세포 생존능을 측정하였다.To separate hair follicle cells from OG2 mice, mice were sacrificed and dorsal skin incisions were made to obtain a dorsal skin patch of 1 x 2 cm, and all surgical procedures proceeded in an aseptic environment. The dorsal skin obtained from the mice was treated with 2.5 mg / ml of dispase diluted with Dulbecco's Modified Eagle Medium / Nutrient Mixture F-12 (DMEM / F12, 1: 1 mixture; Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass., USA) And incubated overnight at 4 ° C. The next day, the whole hair follicle was pulled off from the skin with elaborate tweezers, and a solution of 0.25% trypsin-EDTA (Thermo Fisher Scientific) and 7 mg / ml DNase I (Roche, Basel, Switzerland) The cells were treated with DPBS (Dulbecco's Phosphate Buffered Saline) for 5 min at 37 ° C and treated with 10% FBS to inhibit trypsin activity. The cell suspension was then passed through a 40-μm diameter nylon mesh (BD Biosciences, San Jose, CA, USA) and cell viability was measured using a trypan blue reagent.

1-3. 모낭세포 배양 및 분화1-3. Follicular cell culture and differentiation

마우스 등쪽 피부로부터 분리한 모낭세포를 6-웰 플레이트에 웰 당 1.0 × 106의 밀도로 분주하고 10% FBS, 20 ㎕/㎖의 B27 보충제, 20 ng/㎖의 섬유아세포 성장인자(basic fibroblast growth factor; bFGF), 10 ng/㎖의 신경아교세포 유래 신경생장인자(glial cell line-derived neurotrophic factor; GDNF), 75 ng/㎖의 GFRα1(GDNF family receptor α1), 및 1% 페니실린/스트렙토마이신이 첨가된 DMEM/F12 (3:1) 배지를 이용하여 37℃, 5% CO2 조건하에서 배양하였다.The hair follicles isolated from the dorsal skin of the mice were divided into 6-well plates at a density of 1.0 × 10 6 per well and cultured in DMEM supplemented with 10% FBS, 20 μl / ml of B27 supplement, 20 ng / ml of basic fibroblast growth Factor (bFGF), 10 ng / ml of glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), 75 ng / ml GFRα1 (GDNF family receptor α1) and 1% penicillin / streptomycin And cultured in DMEM / F12 (3: 1) medium at 37 ° C and 5% CO 2 .

모낭세포를 심근세포로 분화시키기 위해서는, 모낭세포를 각각 10% FBS 및 1% 페니실린/스트렙토마이신이 첨가된 MEMα(minimum essential medium alpha) 배지, 1% B27, 0.5% N2, 100 μM의 β-머캅토에탄올(β-mercaptoethanol), 2 mM L-글루타민, 및 1% 페니실린/스트렙토마이신이 첨가된 N2/B27(DMEM-F12) 배지, 2% B27 및 1% 페니실린/스트렙토마이신이 첨가된 KO-DMEM/B27 medium(knock-out DMEM) 배지, 또는 MSFM(mouse serum free medium) 배지에서 배양하였다. 추가적으로 성장인자에 의한 분화유도 효과를 검증하기 위해, 15 μM의 GSI(gamma-secretase inhibitor), 25 ng/㎖의 BMP-4(bone morphogenetic protein-4), 2 ng/㎖의 activin A, 150 ng/㎖의 noggin, 또는 5 ng/㎖의 혈관표피성장인자(vascular endothelial growth factor; VEGF)를 각 배지에 첨가하였다. 또한, 지지세포의 영향을 검증하기 위해 모낭세포는 유사분열이 불활성화된 각각의 OP9, STO, MEF, 또는 C166 지지세포(feeder cell)위에 분주하여 배양하였다.In order to differentiate the hair follicle cells in myocardial cells, the hair follicle cells, respectively, 10% FBS and 1% penicillin / streptomycin is added to the MEMα (minimum essential medium alpha) medium, 1% B27, 0.5% N 2, 100 μM of β- (N2 / B27 (DMEM-F12) medium supplemented with 1% penicillin / streptomycin, 2% B27 and 1% penicillin / DMEM / B27 medium (knock-out DMEM) medium, or MSFM (mouse serum free medium) medium. In order to examine the induction of differentiation by growth factors, 15 μM of GSI (gamma-secretase inhibitor), 25 ng / ml of BMP-4 (bone morphogenetic protein-4), 2 ng / / Ml of noggin, or 5 ng / ml of vascular endothelial growth factor (VEGF) was added to each medium. In addition, to examine the effect of supporting cells, hair follicle cells were cultured on each OP9, STO, MEF, or C166 feeder cell in which mitosis was inactivated.

1-4. 정량적 실시간 중합효소연쇄반응(Quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction; qRT-PCR)1-4. Quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction (qRT-PCR)

PureLink RNA Mini Kit를 이용해 각 샘플로부터 총 RNA를 분리하고, Superscript Ⅲ Reverse Transcriptase를 이용해 제조사의 프로토콜에 따라 역전사 중합효소연쇄반응을 실시하여 cDNA를 합성하였다. qRT-PCR은 TaqMan Gene Expression Master Mix(Applied Biosystems, G Grand Island, NY, USA)를 이용하여 실시하였다. 모든 유전자의 발현수준은 qRT-PCR 결과를 GAPDH의 발현수준으로 보정하여 결정하였다. 사용한 TaqMan 프로브는 Tnnt2, Mesp1, Isl1, Mef2c, Nkx2.5 및 Tbx5이며, Applied Biosystems사에서 합성하였다.Total RNA was isolated from each sample using the PureLink RNA Mini Kit and cDNA was synthesized by reverse transcription polymerase chain reaction according to the manufacturer's protocol using Superscript III Reverse Transcriptase. qRT-PCR was performed using TaqMan Gene Expression Master Mix (Applied Biosystems, G Grand Island, NY, USA). Expression levels of all genes were determined by calibrating the qRT-PCR results to the expression level of GAPDH. The TaqMan probes used were Tnnt2, Mesp1, Isl1, Mef2c, Nkx2.5 and Tbx5, synthesized by Applied Biosystems.

1-5. 면역세포화학염색 분석(Immunocytochemical Analysis)1-5. Immunocytochemical Analysis

세포수준에서 세포 내 특정 마커 단백질의 발현을 관찰하기 위해, 면역세포화학염색법을 실시하였다. 이를 위해, 모낭세포에 4% 파라포름알데히드(paraformaldehyde)를 30분 동안 처리하여 세포를 고정하고, 세포막 투과성을 증가시키기 위해 DPBS에 희석한 0.1% Triton X-100을 실온에서 10분 동안 처리하였다. 상기 과정 후 세포에 5%(w/v) BSA(bovine serum albumin)(Sigma-Aldrich) 용액을 실온에서 30분 동안 처리해 비특이적인 결합을 억제하는 블로킹(blocking) 과정을 실시하였다. 다음으로, 세포에 확인하고자 하는 단백질에 특이적인 1차 항체 즉, Pan-cadherin(Santa Cruz Biotechnology), cardiac troponin T(cTnT; Thermo Fisher Scientific), nestin(Santa Cruz Biotechnology), cytokeratin 15(CK15; Abcam, Cambridge, Cambridgeshire, UK), cytokeratin 19(CK19; Abcam), 및 PLZF(EMD Millipore)를 5% BSA 용액과 1:200으로 희석하여 4℃에서 밤새 반응시켰다. 다음날, 세포를 DPBS로 2번 씻어내고 5% BSA에 1:200으로 희석한 Alexa flour 568 goat anti-mouse(Thermo Fisher Scientific), Alexa flour 568 donkey anti-goat(Thermo Fisher Scientific), 또는 Rhodamine(TRITC) goat anti-rabbit(Jackson ImmunoResearch, West Grove, PA, USA) 2차 항체를 실온에서 빛을 차단한 채로 1시간 동안 반응시켰다. 반응 후 세포를 DPBS로 다시 2번 씻어준 후 DAPI(4', 6-diamidino-2-phenylindole, Vector Laboratories, Burlingame, CA)를 희석한 Vectashield 배지로 대조염색을 실시하였다. 이후 염색된 세포를 Nikon TE2000 형광현미경(Nikon, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan)으로 관찰하여 단백질 발현정도를 평가하였다.Immunocytochemical staining was performed to observe the expression of specific marker proteins in cells at the cell level. To this end, the cells were fixed with 4% paraformaldehyde for 30 minutes in hair follicular cells, and 0.1% Triton X-100 diluted in DPBS was treated at room temperature for 10 minutes to increase the permeability of the cells. After the above procedure, cells were treated with 5% (w / v) BSA (bovine serum albumin) (Sigma-Aldrich) solution at room temperature for 30 minutes to inhibit nonspecific binding. Next, the primary antibodies specific for the protein to be identified in the cell are Pan-cadherin (Santa Cruz Biotechnology), cardiac troponin T (cTnT; Thermo Fisher Scientific), nestin (Santa Cruz Biotechnology), cytokeratin 15 , Cambridge, Cambridgeshire, UK), cytokeratin 19 (CK19; Abcam), and PLZF (EMD Millipore) were diluted 1: 200 with 5% BSA solution and reacted overnight at 4 ° C. The next day, cells were washed twice with DPBS and incubated with Alexa flour 568 goat anti-mouse (Thermo Fisher Scientific), Alexa flour 568 donkey anti-goat (Thermo Fisher Scientific) or Rhodamine (TRITC ) goat anti-rabbit (Jackson ImmunoResearch, West Grove, PA, USA) secondary antibody was reacted at room temperature for 1 hour while blocking light. After the reaction, the cells were rinsed twice with DPBS and then counterstained with Vectashield medium diluted with DAPI (4 ', 6-diamidino-2-phenylindole, Vector Laboratories, Burlingame, CA). Then, the stained cells were observed with a Nikon TE2000 fluorescence microscope (Nikon, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan) and the degree of protein expression was evaluated.

1-6. 통계분석1-6. Statistical analysis

모든 통계분석은 SPSS(SPSS Inc., Mechanicsburg, PA, USA) 프로그램을 사용하였고, 변화량 분석(ANOVA) 및 Tukey 검증방법(Tukey’s honestly significant difference)(HSD)은 실험군 간의 차이를 평가하기 위해 실시하였다. 통계적 유의성은 P < 0.05인 경우를 기준으로 판단하였으며, 모든 실험은 3회 반복하여 실시하였다. All statistical analyzes were performed using SPSS (SPSS Inc., Mechanicsburg, PA, USA) program. ANOVA and Tukey's honestly significant difference (HSD) were performed to assess differences between groups. Statistical significance was judged based on P <0.05, and all experiments were repeated three times.

실시예 2. 모낭세포의 심근세포로의 분화에서 배양배지가 미치는 영향 분석Example 2. Effect of culture medium on the differentiation of hair follicular cells into myocardial cells

모낭세포가 심근세포로 분화하는데 배양배지가 미치는 영향을 평가하기 위해, 상기 실시예 1-3에 기재한 바와 같이, 모낭세포를 다른 성장인자가 첨가되어 있지 않은 각각 다른 배지 즉, HF medium, MEMα/FBS, N2/B27, MSFM, 또는 KO-DMEM/B27 배지에서 6일 동안 배양하였다. 상기 배양을 통해 심근세포로의 분화 유도 후, 각 모낭세포에 대하여 상기 실시예 1-4의 방법에 따라 qRT-PCR을 수행하여 심근세포 특이적 유전자인 Tnnt2의 mRNA 발현수준을 비교분석하였다.To evaluate the influence of the culture medium on the differentiation of hair follicle cells into myocardial cells, hair follicles were cultured in different media without addition of other growth factors, namely, HF medium, MEMα / FBS, N2 / B27, MSFM, or KO-DMEM / B27 medium for 6 days. After induction of differentiation into cardiomyocytes through the above culture, qRT-PCR was performed on each hair follicle cell according to the method of Example 1-4 to compare mRNA expression levels of Tnnt2, a myocardial cell-specific gene.

그 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, MSFM 및 KO-DMEM/B27 배지에서 배양한 모낭세포들의 경우 HF 배지에서 배양한 경우와 비교하여 현저한 발현량의 차이를 나타내었고, 반면 MEMα/FBS 및 N2/B27 배지에서 배양한 경우에는 Tnnt2의 mRNA 발현량이 HF 배지의 경우와 유사한 수준을 나타내는 것을 확인하였다. 상기 MSFM 및 KO-DMEM/B27 배지에서 배양한 세포 내 Tnnt2의 mRNA의 발현량은 유사한 수준을 나타내었으므로, 향후 실험에서는 두 가지 배지 모두를 이용해 분화인자 결정을 위한 실험을 실시하였다.As a result, as shown in FIG. 1, the hair follicle cells cultured in the MSFM and KO-DMEM / B27 medium showed remarkable differences in the amount of expression compared to the culture in the HF medium, whereas the MEMα / FBS and N2 / B27 medium, it was confirmed that the mRNA expression level of Tnnt2 was similar to that of HF medium. Since the expression levels of mRNA of intracellular Tnnt2 cultured in the MSFM and KO-DMEM / B27 medium were similar, experiments for determining the differentiation factors were performed using both media in the future.

실시예 3. VEGF에 의한 모낭세포의 심근세포로의 분화 유도능 증가 확인Example 3: Confirmation of the increase in the induction of differentiation of hair follicle cells into cardiomyocytes by VEGF

심근세포로의 분화능을 향상시킬 수 있다고 알려진 다양한 성장인자들 즉, GSI, BMP-4, activin A, Noggin, 및 VEGF가 모낭세포에서 심근세포로의 분화에 미치는 영향을 in vitro에서 알아보고자 하였다. 분화 유도를 촉진시키는데 가장 효율적인 성장인자를 결정하기 위해, 모낭세포를 각 성장인자가 첨가된 MSFM 또는 KO-DMEM/B27 배지에서 6일 동안 배양한 후 각 세포 내 Tnnt2 mRNA의 발현수준을 확인하였다.To investigate the effect of GSI, BMP-4, activin A, Noggin, and VEGF on the differentiation of hair follicular cells into myocardial cells in vitro , various growth factors known to enhance the differentiation into cardiomyocytes were studied. To determine the most efficient growth factors for inducing differentiation, hair follicle cells were cultured in MSFM or KO-DMEM / B27 medium supplemented with each growth factor for 6 days, and the expression level of Tnnt2 mRNA in each cell was confirmed.

그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, MSFM 배지를 이용해 모낭세포를 배양한 경우, 배지에 VEGF를 첨가한 경우에만 Tnnt2의 발현이 현저히 증가하였다. 한편, KO-DMEM/B27 배지에서 배양한 경우, 각각 GSI, BMP-4, activin A, 및 Noggin를 첨가한 경우에는 성장인자를 처리하지 않은 대조군(Control)과 Tnnt2의 발현량이 유사하거나 더 낮은 반면, VEGF를 첨가한 경우에는 발현량이 증가한 것을 확인하였다. As a result, as shown in Fig. 2, when the hair follicle cells were cultured using the MSFM medium, the expression of Tnnt2 remarkably increased only when VEGF was added to the medium. On the other hand, when GSI, BMP-4, activin A, and Noggin were added to KO-DMEM / B27 medium, the expression levels of Tnnt2 and Control (control) , And when VEGF was added, the expression level was increased.

상기 결과를 통해, VEGF가 모낭세포의 심근세포로의 분화 유도능을 향상시킬 수 있는 유용한 성장인자임을 알 수 있었다.These results indicate that VEGF is a useful growth factor for improving the ability of hair follicle cells to differentiate into cardiomyocytes.

실시예 4. 모낭세포에서 심근세포로의 분화 유도에 효과적인 지지세포 및 배양배지의 결정Example 4: Determination of support cells and culture medium effective to induce differentiation from hair follicle cells into cardiomyocytes

모낭세포에서 심근세포로의 분화 유도에 지지세포가 미치는 영향을 알아보기 위하여, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 MSFM 또는 KO-DMEM/B27 배지를 이용해 유사분열 능력을 불활성화시킨 다양한 지지세포 즉, OP9, STO, MEF, 및 C166 위에서 공동배양하고, 배양 기간 동안 광학현미경으로 세포를 관찰하였다. In order to examine the effect of supporting cells on the induction of differentiation from hair follicle cells to cardiomyocytes, hair follicles were cultured in various support cells inactivated mitotic capacity using MSFM or KO-DMEM / B27 medium supplemented with VEGF, that is, OP9 , STO, MEF, and C166, and the cells were observed under an optical microscope during the incubation period.

그 결과, 도 3a 및 도 4a에 나타낸 바와 같이, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 MSFM 및 KO-DMEM/B27 배지를 이용해 배양하였을 때, 각 지지세포 위에서 배양한 경우 모두에서 모낭세포로부터 박동하는 초기 심근유사세포를 확인하였다. 이에 더하여, 심근세포 특이적 분화 마커인 Tnnt2의 mRNA의 발현수준을 측정한 결과, 도 3b 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, MSFM 및 KO-DMEM/B27 배지에서 배양한 경우 모두 모낭세포를 OP9 지지세포 위에서 배양하였을 때 Tnnt2의 mRNA의 발현이 현저히 증가한 것을 확인하였다.As a result, when hair follicle cells were cultured using MSFM supplemented with VEGF and KO-DMEM / B27 medium as shown in FIG. 3A and FIG. 4A, Similar cells were identified. In addition, when mRNA expression level of Tnnt2, a cardiac myocyte-specific differentiation marker, was measured, as shown in Figs. 3B and 4B, when cultured in MSFM and KO-DMEM / B27 medium, And the expression of mRNA of Tnnt2 was significantly increased when cultured on the above.

상기 결과는 OP9 지지세포가 다른 세포들에 비하여 모낭세포에서 심근세포로의 분화에 가장 효과적임을 의미한다.These results indicate that OP9-supporting cells are most effective in differentiating follicular cells into myocardial cells compared to other cells.

나아가 상기 OP9 지지세포를 이용할 때, MSFM와 KO-DMEM/B27 배지 중 모낭세포로부터 심근세포로의 분화에 더 효과적인 배지를 결정하기 위하여, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 MSFM 또는 KO-DMEM/B27배지를 이용하여 OP9 지지세포 위해서 배양한 후 Tnnt2 mRNA의 발현수준을 측정하였다. 이때, 대조군으로 OP9 지지세포를 MSFM 또는 KO-DMEM/B27 배지에서만 배양하여 OP9 지지세포의 영향은 배제되도록 하였다. Further, in order to determine the more effective medium for the differentiation from hair follicle cells into cardiomyocytes in MSFM and KO-DMEM / B27 medium using the OP9 supporting cells, the hair follicle cells were cultured in MSFM or KO-DMEM / B27 medium supplemented with VEGF , And the expression level of Tnnt2 mRNA was measured after incubation for OP9 support cells. At this time, OP9 support cells were cultured only in MSFM or KO-DMEM / B27 medium as a control group to exclude the influence of OP9 support cells.

실험 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 각 배지를 이용해 OP9 지지세포만을 배양시킨 경우에 비하여 모낭세포를 상기 각각의 배지를 이용해 OP9 지지세포와 함께 배양시킨 경우 Tnnt2 mRNA의 발현이 현저히 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 모낭세포에서 심근세포로의 분화에 대한 MSFM 및 KO-DMEM/B27 배지의 영향을 비교한 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, KO-DMEM/B27 배지를 이용한 경우 MSFM 배지에 비하여 박동능을 갖는 심근유사세포로의 분화가 더 효율적으로 유도되는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 5, the expression of Tnnt2 mRNA was markedly increased when the hair follicle cells were cultured with the OP9 support cells using the above-mentioned media, compared with the case where only the OP9 support cells were cultured using the respective media Respectively. As a result of comparing the effect of MSFM and KO-DMEM / B27 medium on the differentiation of hair follicle cells into myocardial cells, as shown in FIG. 6, it was found that when KO-DMEM / B27 medium was used, Induced differentiation into myocardial - like cells was more efficiently induced.

상기 결과를 통해, KO-DMEM/B27 배지가 모낭세포로부터 심근세포로의 분화유도에 더 효과적임을 확인하였는바, 향후 심근유사세포의 특성연구에는 KO-DMEM/B27 배지만을 이용하여 실험을 진행하였다.From the above results, it was confirmed that KO-DMEM / B27 medium was more effective in inducing differentiation from hair follicle cells into myocardial cells. Experiments were conducted using KO-DMEM / B27 medium .

실시예 5. 모낭세포로부터 분화된 심근유사세포의 특성 분석Example 5. Characterization of myocardial-like cells differentiated from hair follicle cells

모낭세포로부터 분화된 심근유사세포의 특성을 분석하기 위해, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 KO-DMEM/B27 배지를 이용해 OP9 지지세포위에서 2주 동안 배양한 후 배양된 세포에 대하여 상기 실시예 1-5의 방법에 따라 면역세포화학염색 분석을 실시하였다. 이때, 상기 실험 수행 전 다양한 마커 단백질들이 지지세포에서 발현되는 경우를 배제하기 위해, 상기 마커들이 OP9 세포에 의해 발현되는지 먼저 검증하였다. 그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 확인하고자 하는 pan-cadherin, cTnT, Nestin, CK15, CK19, PLZF의 마커 단백질이 OP9 지지세포에서는 발현되지 않는 것을 확인하였다. 나아가 분화되지 않은 모낭세포에서도 상기 마커 단백질들이 발현되는지 검증한 결과, 도 8에 나타낸 바와 같이, cTnT 단백질의 경우 모낭세포에서 약하게 발현되는 것을 확인하였다. 이에 반하여, 상기 방법에 따라 모낭세포를 2주 동안 배양하여 얻은 세포의 경우, 심근세포 특이적 마커인 cTnT 및 심장세포의 부착연접 마커인 pan-cadherin 단백질이 강하게 발현되는 것을 확인하였다. 반면에 신경 줄기/전구세포 마커인 nestin, 각질세포 마커인 CK15 및 CK19, 분화되지 않은 정원세포 마커인 PLZF 단백질들은 전혀 발현되지 않은 것을 관찰하였다. 상기 마커 단백질의 발현결과를 종합하여 하기 표 1에 나타내었다. In order to analyze the characteristics of myocardial-like cells differentiated from hair follicle cells, hair follicle cells were cultured on OP9 support cells for 2 weeks using KO-DMEM / B27 medium supplemented with VEGF, Immunocytochemical staining analysis was performed according to the method of 5. At this time, in order to exclude the case that various marker proteins were expressed in support cells before the experiment, it was first verified that the markers were expressed by OP9 cells. As a result, it was confirmed that the marker proteins of pan-cadherin, cTnT, Nestin, CK15, CK19 and PLZF to be confirmed were not expressed in OP9-bearing cells as shown in Fig. Furthermore, as shown in FIG. 8, it was confirmed that the cTnT protein was weakly expressed in the hair follicle cells. On the contrary, in the case of cells obtained by culturing hair follicle cells for 2 weeks according to the above method, it was confirmed that cTnT, a cardiac cell-specific marker, and pan-cadherin protein as an adhesion marker for cardiac cells are strongly expressed. On the other hand, we observed that the nestin / progenitor cell marker nestin, the keratinocyte markers CK15 and CK19, and the undifferentiated sperm cell marker, PLZF proteins, were not expressed at all. The expression results of the marker proteins are summarized in Table 1 below.

OP9 feeder cellsOP9 feeder cells HF cellsHF cells Cardiomyocyte-Cardiomyocyte-
like cellslike cells
Pan-cadherin (Intercellular adherens junction in cardiac muscle)Pan-cadherin (Intercellular adherence junction in cardiac muscle) XX XX OO Troponin (cTnT, cardiomyocyte)Troponin (cTnT, cardiomyocyte) XX O
(very few)
O
(very few)
OO
Nestin (Neural stem/progenitor marker)Nestin (Neural stem / progenitor marker) XX XX XX CK15 (Keratinocyte marker)CK15 (Keratinocyte marker) XX XX XX CK19 (Keratinocyte marker)CK19 (Keratinocyte marker) XX XX XX PLZF (Undifferentiated spermatogonia marker)PLZF (undifferentiated spermatogonia marker) XX XX XX

종합하면, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 KO-DMEM/B27 배지를 이용해 OP9 지지세포 위에서 배양할 경우, 심장세포 특이적 유전자의 발현 수준이 증가하고, 뉴런, 신경아교세포, 모낭, 및 생식선 세포들을 포함하는 다른 계열의 세포들에 특이적인 유전자들은 발현되지 않은 것을 통해 상기 조건으로 모낭세포를 배양하였을 때 심근유사세포만으로 분화가 유도됨을 알 수 있다.In conclusion, when the hair follicle cells are cultured on OP9 support cells using KO-DMEM / B27 medium supplemented with VEGF, the expression levels of cardiac cell specific genes are increased and neurons, neuroglial cells, hair follicles, and gonadal cells are included And that the differentiation is induced only in the myocardial cells when the hair follicle cells are cultured under the above conditions through the absence of the genes specific to the other lines of cells.

상기 결과에 더하여, 상기 방법에 따라 모낭세포를 2주 동안 배양하여 얻은 세포에서 추가적으로 다양한 심장세포 특이적 유전자인 Tnnt2, Mesp1, Isl1, Mef2c, Nkx2.5 및 Tbx5의 mRNA 발현량을 분석하였다. 그 결과, 도 10에 나타낸 바와 같이, 분화시킨 심근유사세포의 경우 분화시키지 않은 모낭세포에 비하여 상기 유전자들의 발현이 현저히 증가하는 것을 확인하였으며, 이를 통해 상기 배양조건에 의해 모낭세포와 확연히 상이한 특성을 지닌 심근유사세포로의 분화가 이루어졌음을 알 수 있었다.In addition to the above results, mRNA expression levels of Tnnt2, Mesp1, Isl1, Mef2c, Nkx2.5 and Tbx5, which are additional various cardiac cell specific genes, were analyzed in cells obtained by culturing hair follicle cells for 2 weeks according to the above method. As a result, as shown in FIG. 10, it was confirmed that the expression of the genes was significantly increased in the differentiated myocardial cells compared to the unspecialized hair follicle cells, and thus, the culture conditions significantly differentiated the hair follicle cells from the hair follicle cells And the differentiation into myocardial - like cells was observed.

나아가 분화시킨 상기 심근유사세포를 현미경으로 관찰한 결과, 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 세포는 심근세포와 유사하게 나선형 및 가는 세포 형태이고, 별다른 자극이 없는 상태에서도 자발적으로 박동하는 특성을 나타내며 이는 3개월 이상 지속되는 것을 관찰하였다. Further, as shown in FIG. 11, the cells were spiral-like and thin-cell-like, similar to myocardial cells, and showed spontaneous pulsation even in the absence of any stimulus. It was observed to last more than 3 months.

상기 결과들을 통해, 모낭세포를 VEGF가 첨가된 KO-DMEM/B27 배지를 이용해 OP9 지지세포 위에서 배양하는 조건을 통해 모낭세포로부터 박동능을 갖는 심근유사세포로의 자발적 분화가 유도됨을 알 수 있었다. These results indicate that spontaneous differentiation from hair follicle cells into myocardial cells with pulsatile function is induced by culturing hair follicle cells on OP9 supporting cells using KO-DMEM / B27 medium supplemented with VEGF.

상기 진술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 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. There will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (8)

모낭세포를 성장인자가 포함된 심근세포 분화배지를 이용하여 지지세포 위에서 배양하는 단계를 포함하는, 모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법.
A method for differentiating hair follicle cells into myocardial cells, comprising culturing hair follicle cells on supporting cells using a myocardial cell differentiation medium containing growth factors.
제1항에 있어서,
상기 성장인자는 혈관표피성장인자(vascular endothelial growth factor; VEGF)인 것을 특징으로 하는, 모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법.
The method according to claim 1,
Wherein the growth factor is a vascular endothelial growth factor (VEGF).
제1항에 있어서,
상기 심근세포 분화배지는 MSFM(mouse serum free medium) 또는 KO-DMEM/B27(knock-out DMEM)인 것을 특징으로 하는, 모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법.
The method according to claim 1,
Wherein the myocardial cell differentiation medium is mouse serum free medium (MSFM) or KO-DMEM / B27 (knock-out DMEM).
제1항에 있어서,
상기 지지세포는 OP9 세포인 것을 특징으로 하는, 모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법.
The method according to claim 1,
Wherein the supporting cell is an OP9 cell.
제1항에 있어서,
상기 모낭세포는 5 내지 20일 동안 배양되는 것을 특징으로 하는, 모낭세포로부터 심근세포로의 분화방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hair follicle cells are cultured for 5 to 20 days.
제1항의 분화방법에 의해 분화된, 심근세포.
A myocardial cell differentiated by the differentiation method of claim 1.
제6항의 심근세포를 유효성분으로 포함하는, 심혈관질환 치료용 세포치료제.
A cell therapy agent for treating cardiovascular diseases, comprising the myocardial cell of claim 6 as an active ingredient.
제7항에 있어서,
상기 심혈관질환은 협심증, 심근경색, 허혈성 심장질환, 고지혈증, 뇌졸중, 동맥경화, 고혈압, 부정맥, 뇌혈관 질환, 및 관상동맥 질환으로 이루어진 군으로부터 선택되는 질환인 것을 특징으로 하는, 세포치료제.
8. The method of claim 7,
Wherein the cardiovascular disease is a disease selected from the group consisting of angina pectoris, myocardial infarction, ischemic heart disease, hyperlipidemia, stroke, arteriosclerosis, hypertension, arrhythmia, cerebrovascular disease, and coronary artery disease.
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