KR20180025817A - Composition for promoting direct conversion comprising decellularized extracellular matrix and use thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composition for promoting direct crossing conversion comprising a decellularized extracellular matrix and to a method for direct crossing conversion into neurons or hepatocytes using the same. The composition for promoting direct crossing conversion according to the present invention comprises a tissue-derived extracellular matrix separated from a living body, and as the culture surface or hydrogel based on the extracellular matrix effectively provides a tissue-specific microenvironment, the direct crossing conversion efficiency can be remarkably improved, so that the present invention can be applied not only to various tissue engineering application technologies such as a culture platform for producing a cell therapy agent or a biomaterial for a transplant, but also to a toxicity evaluation and a drug screening field.

Description

탈세포화된 세포외 기질을 포함하는 직접교차분화 촉진용 조성물 및 이의 용도 {Composition for promoting direct conversion comprising decellularized extracellular matrix and use thereof}Compositions for Promoting Direct Cross-Differentiation Containing Depleted Outer Extracellular Substrates and Uses Thereof < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 탈세포화된 세포외 기질을 포함하는 직접교차분화 촉진용 조성물 및 이를 이용한 신경 또는 간세포로의 직접교차분화방법에 관한 것이다. The present invention relates to a composition for accelerating direct crossing differentiation comprising a deteriorated extracellular matrix and a method for direct crossing differentiation into neurons or hepatocytes using the same.

인구의 고령화 및 이에 따른 난치성 질환의 증가에 따라 재생 의학적 조직 재생 및 세포 치료의 수요가 급증하는 추세에 맞추어 줄기세포 치료제 개발의 필요성이 크게 대두되고 있다. 특히, 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌경색, 뇌출혈, 척수손상 등과 같은 뇌신경 질환 치료에 있어서, 신경세포의 재생을 촉진시키기 위하여 성체 줄기세포, 배아줄기세포, 및 유도만능 줄기세포 등을 이용한 다양한 치료법이 개발되고 있는 실정이다. 다만, 성체줄기세포의 경우, 제한된 분화능과 낮은 치료 효능을 가지고 있고, 배아줄기세포의 경우에는 윤리적 문제, 안전성 이슈 및 낮은 분화 효율성 문제로 인해 이들 줄기세포는 자가 세포 치료제로서의 개발이 어려운 단점이 있다. 또한, 환자 맞춤형 세포 치료제 생산을 위해 리프로그래밍 (reprogramming) 기법으로 체세포로부터 유도만능 줄기세포 (induced pluripotent stem cell)를 제작하고 이를 다시 조직 특이적 세포로 분화시키는 연구가 최근 각광 받고 있으나, 낮은 리프로그래밍 효율 및 기형종 형성 가능성 등의 해결해야 하는 문제점이 존재한다. As the population ages and the incidence of intractable diseases increases, the demand for regenerative medicine tissue regeneration and cell therapy is rapidly increasing, and thus there is a great need for the development of a stem cell therapeutic agent. In particular, in the treatment of brain diseases such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, cerebral infarction, cerebral hemorrhage and spinal cord injury, various therapeutic methods using adult stem cells, embryonic stem cells, and induced pluripotent stem cells have been developed . However, adult stem cells have a limited ability to differentiate and have low therapeutic efficacy. In the case of embryonic stem cells, these stem cells are difficult to develop as autologous cell therapy due to ethical issues, safety issues and low efficiency of differentiation . In order to produce a patient-customized cell therapy agent, research on inducing induced pluripotent stem cells from somatic cells and differentiating them into tissue-specific cells has been recently proposed by a reprogramming technique. However, There is a problem to be solved such as efficiency and possibility of teratoma formation.

한편, 특정 체세포로부터 다른 조직 특이적인 세포로의 전환을 유도하는 직접교차분화 기술은 면역거부반응, 기형종 형성, 윤리적 문제 등을 피할 수 있어 최근 환자맞춤형 세포 치료제 생산 기술로 각광 받고 있다. 하지만, 연구팀마다 직접교차분화를 유도하기 위해 각기 다른 전사인자 유전자를 사용하고 있고, 신경세포로의 직접교차분화를 유도할 수 있는 전사인자 유전자를 체세포 내로 이입하는 경우, 신경세포로의 직접교차분화를 일부 촉진시킬 수 있지만, 기존의 배양 기술만으로는, 아직 그 전환 효율 및 분화능이 매우 낮고 신경세포로서의 기능성이 제한적이어서 실질적인 세포 치료제로서의 효능을 기대하기 힘든 실정이다.On the other hand, direct cross-differentiation techniques that induce the conversion of specific somatic cells to other tissue-specific cells can be avoided in terms of immune rejection, teratoma formation, and ethical problems. However, researchers use different transcription factor genes to induce direct cross-over differentiation, and when a transcription factor gene that can induce direct cross-over differentiation into neurons is introduced into somatic cells, However, it is difficult to expect the efficacy as a practical cell therapy agent because the conversion efficiency and the differentiation ability are still very low and the function as nerve cell is limited by existing culture technology alone.

이러한 배경 하에서, 직접교차분화의 효율을 향상시키기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으나 (한국 특허공개번호 10-2015-0015294), 실제 세포 치료용으로 생체 내에서도 효율적으로 이용될 수 있는 직접교차분화 기술에 대한 개발은 아직 미비한 실정이다.Under these circumstances, various attempts have been made to improve the efficiency of direct crossing differentiation (Korean Patent Laid-open Publication No. 10-2015-0015294), but there is a need for a technique of direct crossing differentiation which can be effectively used in vivo for actual cell therapy Development has not been done yet.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명자들은, 직접교차분화의 효율을 증진시킬 수 있는 기술을 개발하고자 예의 노력한 결과, 탈세포화된 뇌 또는 간 조직으로부터 수득한 세포외 기질 성분을 이용하여 직접교차분화시킴으로써, 신경세포 또는 간 세포의 직접교차분화 효율이 현저하게 향상됨을 확인하고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하게 되었다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and the present inventors have made intensive efforts to develop a technique capable of enhancing the efficiency of direct crossing differentiation. As a result, , The direct crossing differentiation efficiency of nerve cells or liver cells is remarkably improved, and based on this, the present invention has been completed.

이에, 본 발명의 목적은, 생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질 (Extracellular matrix, ECM)을 포함하는, 직접교차분화 촉진용 조성물을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition for promoting direct cross-differentiation, which comprises an extracellular matrix (ECM) derived from a tissue isolated from a living body.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 함유하는 직접교차분화용 배양용기 또는 직접교차분화용 3차원 지지체를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a culture container for direct cross-differentiation containing the composition or a three-dimensional support for direct cross-differentiation.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질을 포함하는, 직접교차분화용 배양용기 또는 3차원 지지체에서, 전사인자가 도입된 체세포를 배양시키는 단계를 포함하는, 신경 또는 간세포로의 직접교차분화방법을 제공하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a method for producing a nerve cell, which comprises culturing a somatic cell into which a transcription factor has been introduced, in a culture container for direct crossing differentiation or a three-dimensional support comprising an extracellular matrix derived from a tissue isolated from a living body Or a method of direct crossing differentiation into hepatocytes.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 직접교차분화된 신경 또는 간세포를 포함하는, 세포 치료제를 제공하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a cell therapy agent containing the directly cross-differentiated neural or hepatocytes by the above method.

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 생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질 (Extracellular matrix, ECM)을 포함하는, 직접교차분화 촉진용 조성물을 제공한다. In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a composition for promoting direct cross-differentiation, which comprises an extracellular matrix (ECM) derived from a tissue isolated from a living body.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 조직은, 뇌 또는 간 조직일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the tissue may be brain or liver tissue.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 세포외 기질은, 상기 생체로부터 분리된 조직을 탈세포화 (Decellularization) 처리하여 수득될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the extracellular matrix can be obtained by decellularizing a tissue isolated from the living body.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 세포외 기질은 상기 조성물에 용해물 형태로 포함될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the extracellular matrix may be included in the composition in the form of a lysate.

또한, 본 발명은 상기 조성물로 표면이 코팅된, 직접교차분화용 배양용기를 제공한다. The present invention also provides a culture container for direct cross-differentiation, the surface of which is coated with the composition.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 직접교차분화용 배양용기의 표면은, 세포외 기질을 0.005 내지 0.03mg/ml의 농도로 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the surface of the culture container for direct cross-differentiation may contain the extracellular matrix at a concentration of 0.005 to 0.03 mg / ml.

또한, 본 발명은 상기 조성물 및 하이드로겔을 포함하는, 직접교차분화용 3차원 지지체를 제공한다. The present invention also provides a three dimensional support for direct crossing differentiation comprising the composition and the hydrogel.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 하이드로겔은 콜라겐, 히알루론산, 알지네이트, 젤라틴, 폴리에틸렌글라이콜, 키토산, 마트리젤, 코드로이틴 설페이트, 및 셀룰로스로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the hydrogel may be selected from the group consisting of collagen, hyaluronic acid, alginate, gelatin, polyethylene glycol, chitosan, matrigel, cordyitin sulfate, and cellulose.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 직접교차분화용 3차원 지지체는 세포외 기질을 4 내지 16mg/ml의 농도로 포함할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the direct crossover differentiation three-dimensional support may contain extracellular matrix at a concentration of 4 to 16 mg / ml.

또한, 생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질을 포함하는 직접교차분화용 배양용기 또는 3차원 지지체에서, 전사인자가 도입된 체세포를 배양시키는 단계를 포함하는, 신경 또는 간세포로의 직접교차분화방법을 제공한다. Also, there is provided a method for directly crossing differentiation into neurons or hepatocytes, comprising culturing a somatic cell transduced with a transcription factor in a culture container for direct crossing differentiation or a three-dimensional support containing an extracellular matrix derived from a tissue isolated from a living body .

본 발명의 일 구현예로서, 상기 세포외 기질은 (a) 생체로부터 분리된 조직을 탈세포화 (Decellularization) 처리하여 수득한 세포외 기질을 동결 건조 한 후, 분쇄하는 단계; 및 (b) 상기 분쇄물을 용매에 용해시켜 용해물을 제조하는 단계를 포함하는, 방법에 의해 제조되는 것일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the extracellular matrix comprises (a) lyophilizing the extracellular matrix obtained by decellularizing the tissue isolated from a living body, and then pulverizing the extracellular matrix; And (b) dissolving the pulverized material in a solvent to prepare a melt.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 체세포는 섬유아세포일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the somatic cell may be a fibroblast.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 직접교차분화용 3차원 지지체에서 배양하는 단계는 미세유체 장치 (Microfluidic device) 내에서 배양되는 것을 특징으로 하며, 상기 미세유체 장치는 (a) 직접교차분화용 3차원 지지체 및 전사인자가 도입된 체세포가 로딩되는 배양채널; 및 (b) 상기 배양채널과 유체의 이동이 가능한 미세관으로 연결되어 있는 리저버를 포함할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the step of culturing in the direct crossing differentiation three-dimensional support is cultivated in a microfluidic device, the microfluidic device comprising: (a) A culture channel in which a somatic cell into which a 3D support and a transcription factor are introduced is loaded; And (b) a reservoir connected to the culture channel via a micro-tube capable of fluid movement.

또한, 본 발명은 상기의 방법으로 직접교차분화된 신경 또는 간세포를 포함하는 세포 치료제를 제공한다.In addition, the present invention provides a cell therapy agent comprising the directly cross-differentiated neural or hepatocytes by the above method.

본 발명에 따른 직접교차분화 촉진용 조성물은, 생체로부터 분리된 조직 유래 세포외 기질을 포함하며, 상기 세포외 기질에 기반한 배양 표면 또는 하이드로겔은 조직 특이적인 미세 환경을 효과적으로 제공함으로써, 직접교차분화의 효율을 현저하게 향상시킬 수 있었는바, 본 발명은 세포 치료제 생산용 배양 플렛폼 또는 이식용 생체소재 등 다양한 조직 공학적 응용 기술에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 독성 평가 및 약물 스크리닝 등의 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것이다. The composition for promoting direct cross-differentiation according to the present invention comprises a tissue-derived extracellular matrix separated from a living body, and the culture surface or the hydrogel based on the extracellular matrix effectively provides a tissue-specific microenvironment, The present invention can be applied not only to various tissue engineering application technologies such as a culture platform for producing a cell therapy agent or a biomaterial for a transplantation but also to a toxicity evaluation and a drug screening field It will be possible.

도 1은, 본 발명에 따른 뇌 조직 유래 세포외 기질 용해물의 제조 과정 및 이의 활용을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는, 탈세포화 처리에 따른 (a) 세포 성분의 제거를 육안으로 관찰한 결과, (b) 세포 핵의 변화를 H&E 염색을 통해 확인한 결과, (c) DNA 함량 변화를 비교한 결과, (d) 글라이코사미노글리칸 (GAG) 함량 변화를 비교한 결과이다.
도 3은, 탈세포화 처리 후, 뇌 조직에 존재하는 (a) 단백질 및 (b) 지질 성분의 분포를 확인한 결과이다.
도 4는, 본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기에서, 세포외 기질 성분의 표면 코팅에 따른 (a) 표면 원소 분석결과 및 (b) 수분 접촉 각도를 측정한 결과이다.
도 5는, 본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기에서, (a) Laminin 면역염색 결과, (b) 주사전자현미경으로 기질 표면을 관찰한 결과이다.
도 6은, 본 발명에 따른 직접교차분화용 3차원 지지체에서, (a) 내부 구조를 주사전자현미경으로 관찰한 결과, (b) 탄성계수 및 점성계수를 회전형 유량계로 측정한 결과이다.
도 7은, 본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기를 이용하여 신경세포로의 직접교차분화 과정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 8은, 섬유아세포에 BAM-encoding plasmid를 전달한 후 7-10일째, (a) 세포외 기질의 농도 (0.01 0.05, 0.1 mg/ml)에 따른 Sox2, Nestin, 및 Tuj1의 발현을 qRT-PCR을 통하여 확인한 결과, (b) neurosphere-like cluster 형성을 확인한 결과이다.
도 9는, 섬유아세포에 BAM-encoding plasmid를 전달한 후 10-15일째, (a) 세포외 기질의 농도 (0.005, 0.01 mg/ml)에 따른 Tuj1+ 세포를 면역염색을 통하여 확인하고, (b) 이를 정량화한 결과이다.
도 10은, 신경세포 유도용 배지를 첨가한지 14일째, 세포외 기질의 농도 (0.005, 0.01 mg/ml)에 따른 Nestin, Tuj1, 및 MAP2의 발현을 면역염색을 통하여 확인하고, b) 이를 qRT-PCR을 통하여 비교한 결과이다.
도 11은, 신경세포 유도용 배지를 첨가한지 14일째, 세포외 기질의 농도 (0.005, 0.01 mg/ml)에 따른 신경돌기 (Neurite)의 평균 길이를 비교한 결과이다.
도 12는, 신경세포 유도용 배지를 첨가한지 30일째, (a) 본 발명에 따른 PLL-BEM (0.01) 세포외 기질 단일 성분을 포함한 PLL-LN 군, 세포외 기질 복합 성분을 포함한 PLL-LN+FN 군의 Synapsin I+, Tuj1+ 세포를 면역염색을 통하여 확인한 결과, (b) Nestin, Tuj1, 및 MAP2의 발현을 qRT-PCR을 통하여 비교한 결과이다.
도 13은, 본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기에서 직접교차분화된 유도신경세포 (iN-BEM)에 대하여, (a) RNA-sequencing을 통하여 유전자 발현 프로파일을 분석한 결과, (b) gene ontology (GO) category 분석 결과이다.
도 14는, 본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기에서 직접교차분화된 유도신경세포 (iN-BEM)에 대하여, 전기생리학적 기능을 평가한 것으로서, (a) Rest membrane potential, (b) 전압-클램프 상태에서의 특정 채널에 의한 전류, (c) 전류-클램프 상태에서의 활동전위, (d) Post-synaptic current 및 PiTx와 CNQX 처리에 의한 전류 변화, (e) glutamate neurotransmitter에 대한 반응성을 확인한 결과이다.
도 15는, 본 발명에 따른 유도신경세포의 뇌졸중 동물모델에 대한 치료 효과를 확인하기 위한 실험과정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 16은, 유도신경세포를 이식한 후 7일째, (a) DiI 형광 분포를 통하여 이식된 세포의 분포를 확인한 결과, (b) DiI+ BrdU+ 세포 및 (c) DiI+ Tuj1+세포의 분포를 면역염색을 통하여 확인한 결과이다.
도 17은, 유도신경세포가 이식된 뇌졸중 마우스 모델의 신경행동학적 특성을 확인 것으로서, (a) Rotarod test, (b) Ladder walking test, (c) Grip strength test 결과이다.
도 18은, 나노패턴 구조로 이루어진 기질 표면을 갖는 본 발명의 직접교차분화용 배양용기에서 유도된 유도신경세포의 Tuj1 발현을 면역염색을 통하여 확인한 결과이다.
도 19는, 본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기를 이용하여 성체 쥐 유래 꼬리 섬유아세포로부터 신경세포로의 직접교차분화를 유도한 후, Tuj1 및 NeuN의 발현을 면역염색을 통하여 확인한 결과이다.
도 20은, 본 발명에 따른 직접교차분화용 3차원 지지체를 이용하여 (a) 신경세포로의 직접교차분화시키는 과정, (b) 비교군과 본 발명간 배양 조건의 차이, (c) 미세유체 장치를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 21은, 미세 환경 조건의 변화에 따른, (a) 유도신경세포의 Tuj1과 MAP 발현을 정량적으로 비교한 결과, (b) Tuj1과 MAP 발현을 면역염색을 통하여 확인한 결과, (c) Tuj1과 H3K4me3 또는 H3K27Ac 단백질간 결합을 Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay를 통하여 비교한 결과이다.
도 22는, 미세 환경 조건의 변화에 따른 유도신경세포의 (a) 세포질 내 YAP 발현을 면역염색을 통하여 확인한 결과, (b) 핵 내 YAP 발현을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 23은, Y-27632 또는 blebbistatin 처리에 따른 유도신경세포의 (a) 세포질 내 YAP 발현을 면역염색을 통하여 확인한 결과, (b) 핵 내 YAP 발현을 정량적으로 비교한 결과이고, (c) Y-27632의 처리 농도 (5, 10 uM)에 따른 Tuj1 발현 변화를 비교한 결과, (d) blebbistatin의 처리 농도(5, 15 uM)에 따른 Tuj1 발현 변화를 비교한 결과이다.
도 24는, 미세 환경 조건의 변화에 따른 (a) 유도신경세포의 H3K4me3 히스톤 변형 정도를 면역염색을 통하여 확인하고, (b) 이를 비교한 결과이다.
도 25는, 미세유체 장치에서 배양한 후 7-9일째, NeuN, Tuj1, 및 MAP2의 발현을 면역염색을 통하여 확인한 결과이다.
도 26은, 미세유체 장치에서 배양한 후 7-9일째, Nestin, Tuj1, 및 MAP2의 발현을 qRT-PCR을 통하여 비교한 결과이다.
도 27은, 미세유체 장치에서 배양한 후 7-9일째, (a) 신경돌기의 평균 길이, (b) Tuj1+ 세포 수, (c) glutamate neurotransmitter에 대한 반응성을 확인한 결과이다.
도 28은, 본 발명에 따른 직접교차분화용 3차원 지지체에서 유도된 유도신경세포의 부착성 및 신경돌기를 확인한 결과이다.
도 29는, 뇌졸중 동물모델을 이용하여 본 발명에 따른 유도신경세포의 치료효과를 확인한 것으로서, (a) DiI 형광 분포를 통하여 이식된 세포의 분포를 확인한 결과, (b) Rotarod test 결과이다.
도 30은, 히알루론산을 이용한 직접교차분화용 3차원 지지체에서 유도된 유도신경세포의 (a) Tuj1, MAP2의 발현을 면역 염색으로 확인한 결과, (b) Tuj1, MAP2, Nestin의 발현을 qRT-PCR을 통하여 비교한 결과이다.
도 31은, 본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기를 이용하여 간세포로의 직접교차분화 과정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 32는, 전사인자 전달에 따른 (a) 세포의 형태를 광학현미경으로 관찰한 결과, (b) albumin 및 E-cadherin 발현을 면역염색을 통하여 확인한 결과이다.
도 33은, 세포외 기질의 농도 (0.02mg/ml, 0.1mg/ml)에 따른 (a) albumin의 발현, (b) 유도간세포 내 glycogen의 존재 여부를 확인한 결과이다.
도 34는, 본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기에서 유도된 유도간세포의 (a) 간 특이적 마커 (HNF4A, AFP, ALB, CYP7A1)의 발현, (b) 세포 당 albumin, (c) 세포 당 urea의 분비량을 비교한 결과이다.
도 35는, 본 발명에 따른 직접교차분화용 3차원 지지체를 이용한 간세포로의 직접교차분화에서, Bi-directional flow 또는 HUVEC과 공배양에 따른 albumin 발현을 면역염색을 통하여 비교한 결과이다.
도 36은, Bi-directional flow 또는 HUVEC과 공배양에 따른 (a) 세포당 urea 분비량, (b) 세포당 albumin 분비량, (c) CYP3A4A의 활성도를 비교한 결과이다.
도 37은 (a) Rifampicin, 또는 (b) Verapamil 처리에 따른 CYP3A4A의 활성도를 비교한 결과이다.
도 38은, Bi-directional flow 또는 HUVEC과 공배양에 따른, (a) F-actin 및 vinculin, (b) E-cadherin, (c) Caspase-3 발현을 비교한 결과이다.
도 39는, 미세유체 장치 내 조건 및 하이드로겔의 차이에 따른 albumin의 발현을 면역염색을 통하여 비교한 결과이다.
도 40은, 본 발명에 따른 직접교차분화용 3차원 지지체에서 유도된 유도간세포 및 HUVEC 세포로 이루어진 세포 덩어리를 이용하여 약물에 대한 간 독성평가를 실시한 것으로서, (a) Acetaminophen 및 (b) Alcohol 처리에 따른 세포 사멸의 정도를 확인한 결과이다.
도 41은, 본 발명에 따른 직접교차분화용 3차원 지지체에서 유도된 유도간세포 및 HUVEC 세포로 이루어진 세포 덩어리를 이용하여 간 이식을 실시한 것으로서, DiI 형광 분포를 통하여 이식된 세포의 분포를 확인한 결과이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a process for producing a brain tissue-derived extracellular matrix lysate according to the present invention and its application. FIG.
FIG. 2 is a graph showing the results of (a) visual observation of cell component removal by deaeration treatment, (b) cell nucleus change by H & E staining, and (c) d) the results of comparing the contents of glycosaminoglycan (GAG).
Fig. 3 shows the results of confirming distribution of (a) protein and (b) lipid components present in brain tissue after de-saturation treatment.
FIG. 4 shows the results of (a) surface element analysis and (b) water contact angle measurement according to the surface coating of the extracellular matrix component in the culture container for direct cross-differentiation according to the present invention.
Fig. 5 shows the result of (a) laminin immunostaining and (b) scanning electron microscope observation of the substrate surface in the culture container for direct cross-differentiation according to the present invention.
FIG. 6 shows the result of (a) observation of the internal structure of the three-dimensional support for direct crossing differentiation according to the present invention by a scanning electron microscope, and (b) measurement of the elastic modulus and the viscosity coefficient using a rotary flow meter.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a direct crossing differentiation process to a neuron using a culture container for direct crossing differentiation according to the present invention. FIG.
8 shows the expression of Sox2, Nestin, and Tuj1 according to the concentration of the extracellular matrix (0.01 0.05, 0.1 mg / ml) on the 7-10 day after the BAM-encoding plasmid was transferred to the fibroblasts by qRT-PCR (B) confirmed the formation of neurosphere-like clusters.
FIG. 9 shows the results of (a) immunostaining of Tuj1 + cells according to the concentration of the extracellular matrix (0.005, 0.01 mg / ml), and (b) This is the result of quantification.
Fig. 10 shows the expression of Nestin, Tuj1, and MAP2 according to the extracellular matrix concentration (0.005, 0.01 mg / ml) on the 14th day after the addition of the neural cell inducing medium by immunohistochemistry. B) -PCR. ≪ / RTI >
Fig. 11 shows the results of comparing the average length of neurites according to the concentration of the extracellular matrix (0.005, 0.01 mg / ml) on the 14th day after the addition of the neuron-inducing medium.
Figure 12 shows the PLL-LN group containing a single component of the PLL-BEM (0.01) extracellular matrix according to the present invention, the PLL-LN group containing the extracellular matrix complex component (B) Expression of Nestin, Tuj1, and MAP2 by qRT-PCR in immunostaining of synapsin I + and Tuj1 + cells of FN group.
FIG. 13 is a graph showing the results of RNA-sequencing analysis of gene expression profiles of directly cross-differentiated inducible neurons (iN-BEM) in a culture container for direct cross-differentiation according to the present invention. ontology (GO) category results.
Figure 14 shows the electrophysiological function evaluation of direct crossed differentiated guinea neural cells (iN-BEM) in a culture vessel for direct cross-differentiation according to the present invention. (A) Rest membrane potential, (b) (D) post-synaptic current and current changes due to PiTx and CNQX treatment, and (e) reactivity to glutamate neurotransmitter. Results.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an experimental procedure for confirming the therapeutic effect on the stroke animal model of the induction neuron according to the present invention. FIG.
FIG. 16 shows the distribution of DiI + BrdU + cells and (c) DiI + Tuj1 + cells by immunohistochemical staining of (a) DiI fluorescence distribution on the seventh day after transplantation of inducible neurons .
FIG. 17 shows the neurobehavioral characteristics of the mouse model of the transplantation of the inducible neurons. (A) Rotarod test, (b) Ladder walking test, and (c) Grip strength test.
FIG. 18 shows the results of immunostaining of Tuj1 expression of inducible neurons in a culture container for direct cross-differentiation according to the present invention having a substrate surface having a nanopattern structure.
FIG. 19 shows the result of direct cross-differentiation from adult rat-derived tail fibroblasts to neurons using the culture container for direct cross-differentiation according to the present invention, and then the expression of Tuj1 and NeuN was confirmed by immunostaining.
(A) direct crossing differentiation into neurons, (b) difference in culture conditions between the comparative group and the present invention, (c) microfluid Fig.
FIG. 21 shows quantitative results of (a) Tuj1 and MAP expression of (a) inducible neurons in response to changes in microenvironmental conditions. (B) Tuj1 and MAP expression were examined by immunohistochemical staining. H3K4me3 or H3K27Ac protein by Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay.
FIG. 22 shows (a) quantitative comparison of YAP expression in nuclear (a) cytoplasmic YAP expression by immunohistochemistry, and (b) nuclear YAP expression according to changes in microenvironmental conditions.
23 shows the results of (a) quantitative comparison of YAP expression in nuclear (a) cytoplasmic YAP expression by Y-27632 or blebbistatin treatment, (b) (D) treatment of blebbistatin (5, 15 μM). The results of the comparison of Tuj1 expression with the treatment concentration of -27632 (5, 10 uM) were compared.
FIG. 24 shows (a) the degree of H3K4me3 histone modification of inducing neurons according to changes in microenvironmental conditions through immuno-staining, and (b) comparison results thereof.
Fig. 25 shows the results of immunohistochemical staining of expression of NeuN, Tuj1, and MAP2 at 7-9 days after culturing in a microfluidic device.
Fig. 26 shows the results of qRT-PCR for the expression of Nestin, Tuj1, and MAP2 at 7-9 days after culturing in a microfluidic device.
FIG. 27 shows the results of (a) average length of neurites, (b) number of Tuj1 + cells, and (c) reactivity to glutamate neurotransmitter at 7-9 days after culturing in a microfluidic device.
FIG. 28 shows the result of confirming the adhesion of the induced nerve cells and the nerve processes in the three-dimensional support for direct crossing differentiation according to the present invention.
FIG. 29 shows the therapeutic effects of the induction neuron according to the present invention using an animal model of stroke. (A) The distribution of the transplanted cells through the DiI fluorescence distribution was confirmed. (B) Rotarod test results.
FIG. 30 shows the results of (a) expression of Tuj1 and MAP2 in inducible neurons induced by direct crossing differentiation using hyaluronic acid. (B) Expression of Tuj1, MAP2 and Nestin by qRT- PCR.
31 is a diagram schematically illustrating a process of direct crossing differentiation into hepatocytes using the culture container for direct crossing differentiation according to the present invention.
FIG. 32 shows the result of (a) observation of the morphology of the cells by light microscopy and (b) expression of albumin and E-cadherin by immunostaining.
FIG. 33 shows the results of confirming the presence of (a) albumin and (b) glycogen in induced hepatocytes according to the extracellular matrix concentration (0.02 mg / ml, 0.1 mg / ml).
Figure 34 shows the expression of hepatic specific markers (HNF4A, AFP, ALB, CYP7A1), (b) albumin per cell, (c) This is the result of comparing the amount of urea secreted.
FIG. 35 shows the result of immunostaining of the expression of albumin by Bi-directional flow or co-culture with HUVEC in direct crossing differentiation into hepatocytes using a three-dimensional support for direct crossing differentiation according to the present invention.
Figure 36 shows the results of (a) urea secretion per cell, (b) albumin secretion per cell, and (c) activity of CYP3A4A according to Bi-directional flow or co-culture with HUVEC.
Figure 37 shows the results of comparing the activity of CYP3A4A with (a) Rifampicin or (b) Verapamil treatment.
Figure 38 shows the results of comparing (a) F-actin and vinculin, (b) E-cadherin, and (c) Caspase-3 expression according to Bi-directional flow or HUVEC co-culture.
39 is a graph showing the relationship between the conditions in the microfluidic device and the difference in the hydrogels albumin were immunostained.
FIG. 40 shows liver toxicity of drugs using induction hepatocytes and HUVEC cell clusters derived from a direct crossing differentiation three-dimensional support according to the present invention. (A) Acetaminophen and (b) Alcohol treatment And the degree of apoptosis of the cells was determined.
FIG. 41 shows liver transplantation using a cell mass composed of inducible hepatocytes and HUVEC cells derived from a direct crossing differentiation three-dimensional support according to the present invention, and the distribution of transplanted cells through DiI fluorescence distribution was confirmed .

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

본 발명은 생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질 (Extracellular matrix, ECM)을 포함하는, 직접교차분화 촉진용 조성물을 제공한다. The present invention provides a composition for promoting direct cross-differentiation, which comprises an extracellular matrix (ECM) derived from a tissue isolated from a living body.

본 발명에서 사용되는 용어, "직접교차분화 (Direct lineage reprogramming, Direct conversion, Transdifferentiation)"는 전혀 다른 세포 타입을 가지는 성체 세포간 전환을 유도하는 기술로서, 유도만능줄기세포를 제조하는 단계 없이 바로 목적하는 세포로의 전환을 유도한다는 점에서 종래의 기술과 차이가 있다. 현재 직접 교차분화 기술은 질병 모델링, 신약 발굴, 유전자 치료, 및 재생 의학 분야 등에서 이용 가능성을 인정받고 있으며, 이를 이용한 뇌신경 질환 치료에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 분화 효율이 높지 않아 실질적인 임상에 적용함에 어려움을 겪고 있다. 또한, 직접교차분화를 통한 생체 내 교차분화 적용은 임상적으로 상당한 의미를 가짐에도, 적절한 유도방법의 부재로 인해 상용화에 문제가 있었다. 직접교차분화 기술과는 다소 차이가 있으나, 줄기세포의 분화와 관련하여, 종래에는 화학물질 (Poly L-lysine, Poly L-ornithine)이나 세포외 기질의 일부 성분 (fibronectin, collagen)을 이용한 표면 코팅 기술, 또는 콜라겐이나 메트리겔 기반의 하이드로겔을 사용하여 왔다. 그러나 이들 역시 세포의 생존율, 분화능, 및 기능성을 향상시키는데 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이에, 본 발명은 생체로부터 분리된 조직 유래 세포외 기질을 이용하여 조직 특이적인 미세환경을 모사함으로써 직접교차분화의 효율을 향상시키고자 하였다. As used herein, the term " direct lineage reprogramming (Direct conversion, transdifferentiation) "is a technique for inducing the conversion of adult cells having completely different cell types, Which is different from the conventional technique in that it induces the conversion into a cell that is a cell line. Currently, direct cross-differentiation technology has been recognized in the field of disease modeling, drug discovery, gene therapy, and regenerative medicine, and research on the treatment of neurological diseases using this technique has been actively carried out. However, It is difficult to apply it. In addition, application of cross-differentiation in vivo through direct cross-differentiation has a significant clinical significance, but there is a problem in commercialization due to lack of proper induction method. In contrast to the direct cross-differentiation technique, in the context of the differentiation of stem cells, it has been conventionally used a surface coating using a chemical (Poly L-lysine, Poly L-ornithine) or a part of the extracellular matrix (fibronectin, collagen) Techniques, or hydrogels based on collagen or metry gel. However, they also have difficulties in improving the survival rate, differentiation ability, and functionality of the cells. Thus, the present invention aims to improve the efficiency of direct crossing differentiation by simulating tissue-specific microenvironment using tissue-derived extracellular matrix separated from living body.

본 발명에서 사용되는 용어, "세포외 기질"은 조직내 또는 세포외의 공간을 채우고 있는 생체 고분자의 집합체로서, 교원질, 탄력소 등의 섬유성 단백질, 프로테오글리칸, 클리코사미노글리칸 등의 복합단백질, 피브로넥틴, 라미닌, 비트로넥틴 등의 세포 부착성 당단백질 등 함유하는 것으로 알려져 있다. 한편 본 발명에서, 조직 유래의 세포외 기질은 탈세포화 용액 등과 같이 당업계에서 널리 알려진 탈세포화 기술을 통하여 수득될 수 있으며, 상기 조직은 세포외 기질 성분을 함유하는 모든 생체 조직을 대상으로 할 수 있으나, 본 발명의 목적상, 상기 조직은 뇌 또는 간 조직일 수 있다. As used herein, the term "extracellular matrix" is a collection of biopolymers that fill tissue or extracellular spaces and include fibrous proteins such as collagen and elastin, complex proteins such as proteoglycan and clicosaminoglycan, Cell adhesion glycoproteins such as fibronectin, laminin, and vitronectin. Meanwhile, in the present invention, the extracellular matrix derived from the tissue can be obtained through a de-saturation technique widely known in the art such as a de-saturated solution and the like, and the above-described tissue can be applied to all living tissues containing an extracellular matrix component However, for purposes of the present invention, the tissue may be brain or liver tissue.

또한 본 발명에 따른 조성물은 직접교차분화를 위한 기질 표면을 갖는 배양용기 또는 3차원 지지체에 적용하기 위하여, 세포외 기질을 용해물 형태로 포함할 수 있다. 한 구체 예로서, 상기 탈세포화된 세포외 기질을 동결 건조시킨 후, 펩신 용액 등을 이용하여 용해물을 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The composition according to the present invention may also include extracellular matrix in the form of a melt for application to a culture container or a three-dimensional support having a substrate surface for direct cross-differentiation. In one embodiment, the depolymerized extracellular matrix may be lyophilized, and the lysate may be prepared using a pepsin solution or the like, but is not limited thereto.

한편, 본 발명에 따른 조성물에 포함되어 있는 세포외 기질에는, collagen, fibronectin과 같은 세포외 기질 단백질 성분뿐만 아니라, 다양한 지질 성분들도 함께 포함되어 있는바, 상기 세포외 기질이 과량이 함유될 경우, 조성물 전체의 친수성이 저하되고, 이에 따라 세포의 부착성이 감소되어 직접교차분화 효율의 저하 요인으로 작용될 우려가 있다. 따라서 본 발명의 주요 목표인 생체조직 모사 환경 조건을 제공함과 동시에, 상기 지질 성분에 의한 직접교차분화 효율의 저하를 최소화시킬 수 있는 적정 농도의 세포외 기질을 사용하여야 하며, 상기 적정 농도는 바람직하게, 직접교차분화용 배양용기 표면을 코팅함에 있어서, 0.005 내지 0.03mg/ml, 보다 바람직하게 0.007 내지 0.02mg/ml, 직접교차분화용 3차원 지지체에 있어서는, 4 내지 16mg/ml일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Meanwhile, the extracellular matrix contained in the composition according to the present invention includes not only extracellular matrix protein components such as collagen and fibronectin, but also various lipid components. When the extracellular matrix is contained in excess , The hydrophilicity of the whole composition is lowered, and accordingly, the adhesion of the cells is decreased, which may directly cause a factor of lowering the crossing differentiation efficiency. Therefore, it is necessary to use an extracellular matrix having a proper concentration capable of minimizing the reduction of the direct crossing differentiation efficiency due to the lipid component, while providing a living tissue simulation environmental condition, which is the main object of the present invention, , 0.005 to 0.03 mg / ml, more preferably 0.007 to 0.02 mg / ml in the direct cross-differentiation culture surface, and 4 to 16 mg / ml in the direct cross-differentiation three-dimensional scaffold, But is not limited to.

한편, 본 발명의 다른 양태로서, 본 발명은 상기 조성물로 코팅된 직접교차분화용 배양용기; 및 상기 조성물 및 하이드로겔을 포함하는 직접교차분화용 3차원 지지체를 제공한다. In another aspect of the present invention, the present invention provides a culture container for direct cross-differentiation coated with the composition; And a three-dimensional support for direct cross-differentiation comprising the composition and the hydrogel.

본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기는, 전사인자가 도입된 체세포가 부착되어 배양 및 직접교차분화될 수 있는 표면을 제공하며, 특히, 상기 표면은 세포외 기질 성분으로 코팅되어 있는바, 이러한 구성을 통해 생체조직 모사 환경 조건 속에서 직접교차분화의 효율을 향상시킬 수 있다. The culture container for direct cross-differentiation according to the present invention provides a surface to which somatic cells to which transcription factors have been introduced are attached and can be directly cross-differentiated. In particular, the surface is coated with extracellular matrix components, It is possible to improve the efficiency of crossing differentiation directly in a living tissue simulation environment condition.

본 발명에 따른 직접교차분화용 3차원 지지체는, 전사인자가 도입된 체세포가 담지되어 배양 및 직접교차분화될 수 있는 공간을 제공하며, 상기와 마찬가지로, 하이드로겔 내 세포외 기질 성분은 직접교차분화 효율을 향상시키는데 크게 기여할 수 있다. 상기 하이드로겔은 콜라겐 등 다양한 생체적합성 고분자로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 신경세포로의 직접교차분화에 있어, 뇌 조직에 다량 존재하는 것으로 알려진 히알루론산으로 이루어진 겔을 이용할 수 있다. The three-dimensional support for direct crossing differentiation according to the present invention provides a space in which somatic cells to which transcription factors have been introduced are supported and can be directly cultured and cross-differentiated. As described above, the extracellular matrix components in the hydrogel are directly cross- And can contribute greatly to improve the efficiency. The hydrogel may be composed of various biocompatible polymers such as collagen. However, it is possible to use a gel composed of hyaluronic acid, which is known to be present in large amounts in brain tissues, in direct crossing differentiation into neurons.

한편, 본 발명의 또 다른 양태로서, 생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질을 포함하는 직접교자분화용 배양용기 또는 3차원 지지체에서, 전사인자가 도입된 체세포를 배양시키는 단계를 포함하는, 신경 또는 간세포로의 직접교차분화방법을 제공한다. On the other hand, as another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a nerve cell, comprising culturing a somatic cell into which a transcription factor has been introduced, in a culturing container for direct gentle germination differentiation comprising a cell- Or direct crossing differentiation into hepatocytes.

본 발명에서 사용되는 용어, "체세포"는 분화가 일어난 세포로서, 여러 종류의 세포로 분화할 수 있는 능력을 말하는 다분화능을 완전히 소실하거나 대부분 소실한 상태의 세포를 의미하며, 섬유아세포 및 기타 신경 또는 간세포를 제외한 모든 체세포일 수 있다. As used herein, the term "somatic cell" refers to a cell that has undergone complete differentiation or loss of pluripotency, which refers to the ability to differentiate into various types of cells, and fibroblasts and other nerves Or may be all somatic cells except hepatocytes.

본 발명에서 사용되는 용어, "신경세포"는 도파민 신경세포, 가바 신경세포, 글루탐 신경세포, 척수신경 세포, 및 모든 종류의 신경세포를 의미하며, 뇌 또는 척추 등에 위치하여 신경계를 구성하는 세포라면, 제한없이 포함될 수 있다. As used herein, the term "nerve cell" means dopamine neuron, gawa neuron, glutam neuron, spinal nerve cell, and all kinds of neuron, May be included without limitation.

본 발명에서 사용되는 용어, 간세포는 간소엽을 구성하는 세포로서, 유해 물질을 분해하고, 알부민, 혈액 응고인자, 보체 등의 여러 종의 혈청 단백질과 빌리루빈 등을 생산하는 기능을 가진 세포로서, 간 조직에 이식하여 이러한 기능들이 향상될 수 있는 세포라면, 제한없이 포함될 수 있다. The term hepatocyte used in the present invention is a cell that constitutes the hepatic lobule and has a function of decomposing harmful substances and producing serum proteins and bilirubin of various species such as albumin, Such cells may be included without limitation if they are transplanted into a tissue and these functions can be improved.

본 발명에서 사용되는 용어, "전사인자"는 직접교차분화를 유도하는 인자로서, 신경세포로의 직접교차분화를 유도하는 인자는 바람직하게는 Lmx1a, Nurr1, Lhx3, Hb9, Isl1, Ngn2, Sox2, Foxg1, Zic1, Olig2, Foxa2, Brn2, Ascl1, 및 Myt1l로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 간세포로의 직접교차분화를 유도하는 인자는 HNF1a, HNF4a, Foxa3, Gata4, Foxa1, 및 Foxa2로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이러한 전사인자들은 바이러스 또는 비바이러스성 전달체 등 당업계에 널리 알려진 방법을 통해서 체세포에 도입될 수 있으며, 한 구체예로서, 전기천공법, 또는 비바이러스성 전달체인 PBAE 고분자 기반 나노파티클 전달체 (C32-122 poly(beta-amino) esters)를 이용할 수 있으나, 이 역시 이에 제한되는 것은 아니다. As used herein, the term "transcription factor" is a factor that induces direct cross-differentiation. Factors that induce direct cross-differentiation into neurons are preferably Lmx1a, Nurr1, Lhx3, Hb9, Isl1, Ngn2, Sox2, Foxa1, Zic1, Olig2, Foxa2, Brn2, Ascl1, and Myt1l, and the factors that induce direct cross-differentiation into hepatocytes are HNF1a, HNF4a, Foxa3, Gata4, Foxa1, and Foxa2 But it is not limited thereto. Such transcription factors may also be introduced into somatic cells by methods well known in the art, such as viruses or nonviral delivery vehicles, and include, by way of example, electroporation or non-viral delivery of PBAE polymer-based nanoparticle delivery vehicles C32-122 poly (beta-amino) esters), but this is not so limited.

또한 본 발명에 따른 직접교차분화 방법은 다양한 형태로 응용될 수 있다. 한 구체예로서, 본 발명의 직접교차분화용 배양용기의 표면은 상기 직접교차분화용 조성물이 코팅된 나노패턴 구조의 표면을 포함할 수 있고 (도 18참조), 미세유체 장치 (도 20c 참조)를 이용하여 생체조직과 더욱 유사한 조건을 제공할 수 있다. 한 구체예로서, 상기 미세유체 장치는 상기 직접교차분화용 3차원 지지체 및 전사인자가 도입된 체세포가 로딩되는 배양채널; 및 신경 또는 간세포 분화를 유도하는 배지 등을 함유하는 리저버로 이루어지며, 이들은 유체적 상호작용이 가능한 미세관으로 연결되어 미세 환경 조건을 세포에 제공할 수 있다. In addition, the direct crossing differentiation method according to the present invention can be applied in various forms. In one embodiment, the surface of the culture vessel for direct cross-differentiation of the present invention may include the surface of the nanopattern structure coated with the direct cross-differentiation composition (see Figure 18), the microfluidic device (see Figure 20c) Can be used to provide conditions that are more similar to biological tissue. In one embodiment, the microfluidic device comprises a culture channel in which the direct cross-differentiation three-dimensional support and somatic cells into which the transcription factor is introduced are loaded; And a reservoir containing a medium for inducing neural or hepatocyte differentiation, etc., which can be connected to a micro-tube capable of fluid interaction to provide microenvironmental conditions to the cells.

또 다른 구체예로서, 상기 방법은 전술한 조성물과 함께, 세포의 부착 (adhesion) 및 수축 (contractility)과 같은 기계적 특성 변화에 의해 특정 신호전달체계 활성화를 조절하는 물질, 즉, 기계역학신호전달 (mechanotransduction)을 조절하는 물질을 첨가함으로써, 직접교차분화 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 기계역학신호전달을 조절하는 물질은, 바람직하게 배양 조건의 기계적 물성을 감소시키는 물질, 예를 들어, Y27632 또는 blebbistatin일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In yet another embodiment, the method comprises, in conjunction with the composition described above, a substance that modulates the activation of a particular signaling pathway by a change in mechanical properties, such as cell adhesion and contractility, mechanotransduction), it is possible to further improve the direct crossing differentiation efficiency. The material that modulates the mechanical dynamics signaling may be, but is not limited to, a material that preferably reduces the mechanical properties of the culture conditions, such as Y27632 or blebbistatin.

따라서, 본 발명의 직접교차분화 방법에 상기와 같은 추가적 기술 요소와 접목시킴으로써, 직접교차분화 효율을 보다 증진시킬 수 있다. Therefore, the direct crossing differentiation method of the present invention can be further combined with the above-described additional technical elements to further enhance the direct crossing differentiation efficiency.

한편, 본 발명의 또 다른 양태로서, 상기의 방법으로 직접교차분화된 신경 또는 간 세포를 포함하는, 세포 치료제를 제공한다. On the other hand, as another embodiment of the present invention, there is provided a cell therapeutic agent comprising the neuronal or hepatic cell directly cross-differentiated by the above method.

본 발명에서 사용되는 용어, "치료"는 본 발명에 따른 세포 치료제의 투여에 의해 뇌신경 질환 또는 간 질환에 대한 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.The term "treatment" used in the present invention means all the actions of improving or alleviating symptoms of cerebral or liver diseases by administration of the cell therapy agent according to the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어, "세포 치료제"는 사람으로부터 분리, 배양 및 특수한 저작을 통해 제조된 세포 및 조직으로 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품으로서, 세포 혹은 조직의 기능을 복원시키기 위하여 살아있는 자가, 동종, 또는 이종 세포를 체외에서 증식, 선별하거나 다른 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품을 지칭한다. The term "cell therapeutic agent" used in the present invention is a drug used for the purpose of treatment, diagnosis and prevention with cells and tissues prepared by isolation, culture, and special mangement from a human, Refers to a medicament that is used for therapeutic, diagnostic and prophylactic purposes through a series of actions, such as living, homologous, or xenogeneic cell propagation, screening, or otherwise altering the biological characteristics of the cell.

한편, 본 발명의 또 다른 양태로서, 상기 조성물 또는 세포 치료제를 개체에 투여하는 단계를 포함하는 뇌신경 질환 또는 간 질환의 치료방법을 제공한다. In another aspect of the present invention, there is provided a method for treating a brain or liver disease comprising administering the composition or the cell treatment agent to a subject.

본 발명에서, "개체"란 질병의 치료를 필요로 하는 대상을 의미하고, 보다 구체적으로는 인간 또는 비-인간인 영장류, 생쥐 (mouse), 쥐 (rat), 개, 고양이, 말 및 소 등의 포유류를 의미한다.In the present invention, the term "individual" refers to a subject in need of treatment for a disease, and more specifically refers to a human or non-human primate, mouse, rat, dog, Of mammals.

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. 탈세포화 처리에 의한 세포외 기질을 함유하는 조성물의 제조 Example 1. Preparation of a composition containing an extracellular matrix by de-saturating treatment

본 실시예에서는, 도 1에 도시한 과정에 따라 직접교차분화 촉진을 위한 성분으로서, 탈세포화된 뇌 조직 유래 기질을 포함하는 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 뇌 조직에 탈세포화 용액을 순차적으로 처리하여 뇌 조직 내 세포 성분을 제거하였다. (0.05% Trypsin/EDTA [Gibco, Gaithersburg, MD, USA] 90분; 3% (v/v) Triton-X 100 [Wako Pure Chemical Industries, Osaka, Japan] 2시간; 1M sucrose [Sigma, St. Louis, MO, USA] 30분; 3% sodium deoxycholate [Sigma] 1시간; 4% ethanol [Sigma] 2시간; phosphate buffered saline [Sigma] 15분) 이후, 상기 뇌 조직을 증류수로 세척하여 잔존하는 탈세포화 용액을 제거하였으며, 페니실린/스트렙토마이신을 이용한 멸균과정을 거친 후, 감압 동결 건조하여 사용 전까지 보관하였다. 상기 감압 동결 건조시킨 뇌 조직 유래 세포외 기질을 입자 형태로 분쇄하고, 상기 분쇄물에 펩신을 함유하는 염산 용액을 첨가하여 뇌 조직 유래 세포외 기질 용해물 (세포외 기질의 농도: 40mg/ml, 펩신 농도: 4mg/ml, 염산의 농도: 0.01M)을 제조하였다. 한편, 간 조직 유래 세포외 기질 용해물은 탈세포화 용액으로 1% (v/v) Triton-X 100 [Wako Pure chemical industries, Osaka, Japan] 및 0.1%(v/v) 수산 화암모늄[Sigma]을 이용하여 상기와 동일한 과정을 통하여 제조하였다. In this Example, a composition containing a de-fatified brain tissue-derived substrate was prepared as a component for direct cross-differentiation promotion according to the procedure shown in Fig. Specifically, depleted solution of brain tissue was sequentially treated to remove cellular components in brain tissue. 1 mM sucrose [Sigma, St. Louis, MO) was added to the culture medium for 2 hours. After the brain tissue was rinsed with distilled water, the remaining tissue was washed with distilled water (Sigma) for 2 hours, and then with phosphate buffered saline (Sigma) The solution was removed, sterilized with penicillin / streptomycin, lyophilized under reduced pressure, and stored until use. The extracellular matrix derived from the brain tissue was lysed in the form of particles, and a hydrochloric acid solution containing pepsin was added to the pulverized product to obtain a brain tissue-derived extracellular matrix lysate (concentration of extracellular matrix: 40 mg / ml, Pepsin concentration: 4 mg / ml, concentration of hydrochloric acid: 0.01 M). The extracellular matrix lysate derived from hepatocyte was dissolved in 1% (v / v) Triton-X 100 (Wako Pure Chemical Industries, Osaka, Japan) and 0.1% (v / v) Was prepared in the same manner as described above.

한편, 상기의 제조과정 중 탈세포화 처리에 따른 뇌 조직의 변화를 육안, H&E (Hematoxylin &eosin) 염색, 및 DNA 함량 변화 측정 등을 통하여 비교하였다. 또한 Q-TOF mass spectrometry를 실시하여 탈세포화 처리 후 뇌 조직 내 존재하는 단백질의 분포를 Unused protein score (펩타이드 분포 수치의 합)를 통해 비교하였으며, 단백질외 다른 성분들의 존재 여부를 확인하였다.In the meantime, changes in brain tissues following de-saturation treatment were compared through visual inspection, H & E (Hematoxylin & eosin) staining, and DNA content change measurement. In addition, Q-TOF mass spectrometry was performed to compare the distribution of proteins present in brain tissue after de-saturation treatment through the unused protein score (sum of peptide distribution values).

그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 탈세포화 처리 후, 세포 성분이 제거되어 투명한 상태가 되었음을 확인할 수 있었다 (도 2a 참조). 또한 뇌 조직 내 존재하는 세포 핵과 DNA 함량이 현저하게 감소된 반면 (도 2b 및 도 2c 참조), 글라이코사미노글리칸 (GAG)의 함량은 큰 차이를 보이지 않았는바, 상기 탈세포화 과정을 통하여 대부분의 세포 성분은 제거되었으나, 세포외 기질 성분은 여전히 보존되어 있음을 알 수 있었다 (도 2d 참조). 아울러 도 3에 나타낸 바와 같이, 세포외 기질을 구성하는 단백질로 알려진, collagen, fibronectin 등이 다량 검출되었으며 (도 3a 참조), 이러한 성분들 외에도 glycerophosphocholines (PC), glycerophosphoethanolamines (PE), glycerophosphoglycerols (PG), 및 cholesterol (Cho) 등의 지질 성분이 다량 존재함을 확인할 수 있었다 (도 3b 참조). As a result, as shown in Fig. 2, it was confirmed that after the de-saturating treatment, the cellular components were removed and became transparent (see Fig. 2a). In addition, the cell nucleus and DNA content in the brain tissue were significantly reduced (see FIGS. 2B and 2C), while the content of glycosaminoglycan (GAG) did not show a large difference, Most cellular components were removed, but extracellular matrix components were still preserved (see FIG. 2d). As shown in FIG. 3, a large amount of collagen, fibronectin, etc., known as proteins constituting the extracellular matrix, was detected (see FIG. 3A), and glycerophosphocholines (PC), glycerophosphoethanolamines (PE), glycerophosphoglycerols , And cholesterol (Cho) were present in a large amount (see FIG. 3B).

실시예 2. 탈세포화 세포외 기질 기반의 이차원 표면 코팅 및 특성 분석Example 2. Two-dimensional Surface Coating and Characterization Based on Depleted Saturated Subcellular Substrate

직접교차분화를 촉진시킬 수 있는 기질 표면을 제공하기 위하여, 상기 실시예 1의 용해물을 아세트산 (AcOH. 0.02M)로 상기 세포외 기질의 농도가 0.005-0.1mg/ml가 되도록 희석하였다. 이후, 상기 희석된 용액을 처리하여 플레이트를 코팅한 뒤, PBS 용액으로 세척하여, 탈세포화 세포외 기질을 함유하는 직접교차분화용 플레이트 (이하, 직접교차분화용 배양용기이라 명명함.)를 제조하였다(BEM coating). 이후, 상기 방법에 의해 제조된 직접교차분화용 배양용기에서, 세포외 기질 성분의 표면 코팅에 따른 원자 화학적 변화를 확인하기 위하여, 표면 원소분석 (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)을 실시하였으며, 일정 부피의 물방울을 코팅된 표면에 떨어뜨린 뒤, 이의 수분 접촉 각도를 측정하여 배양용기의 표면 친수성 표면 친수성 (hydrophilicity)을 평가하였다. 또한, 신경세포의 부착에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 Laminin을 면역염색을 통해 검출하였으며, 기질 표면을 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰하여 부착 물질의 존재 여부를 확인하였다. 한편, 대조군으로 코팅을 실시하지 않은 군 (No coating), 비교군으로 신경세포 배양에 널리 사용되고 있는 poly L-lysine으로 코팅된 군 (PLL coating)을 이용하였다.To provide a substrate surface capable of promoting direct cross-differentiation, the lysate of Example 1 was diluted with acetic acid (AcOH, 0.02M) to a concentration of 0.005-0.1 mg / ml of the extracellular matrix. Thereafter, the diluted solution was treated to coat the plate, and the plate was washed with PBS solution to prepare a plate for direct crossing differentiation (hereinafter, referred to as direct crossing differentiation culture container) containing a degassed extracellular matrix (BEM coating). Then, X- ray photoelectron spectroscopy (XPS) was performed in order to confirm the atomic chemical change of the extracellular matrix component according to the surface coating in the culture vessel for direct cross-differentiation prepared by the above method. A drop of water was dropped on the coated surface, and the surface hydrophilic surface hydrophilicity of the culture container was evaluated by measuring the water contact angle thereof. Laminin, which is known to play an important role in adhesion of neurons, was detected by immunohistochemistry and the surface of the substrate was observed by Scanning Electron Microscope (SEM) to confirm the presence of adherent material. No coating was used as a control, and PLL coating, a poly L-lysine coating, which is widely used for culturing neurons, was used as a comparative group.

그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 직접교차분화용 배양용기는 코팅을 실시하지 않은 대조군과 달리, C1s 및 N1s peak의 변화가 관찰되어 신경세포 배양에 널리 사용되고 있는 비교군과 유사한 경향을 보였으며 (도 4a 참조), 수분 접촉 각도는 56.9로서, 표면의 친수성 성질도 큰 변화를 보이지 않음을 알 수 있었다 (도 4b 참조). 또한 도 5에 나타낸 바와 같이, 대조군 및 비교군에서 거의 검출되지 않았던, Laminin이 표면이 고르게 존재하였으며 (도 5a 참조), 이에 따른 부착 물질의 존재를 확인할 수 있었다 (도 5b 참조).As a result, as shown in FIG. 4, the culture container for direct crossing differentiation of the present invention showed a similar tendency to the comparative group widely used for culturing neurons, in which C1s and N1s peaks were observed unlike the control group in which the coating was not performed (See FIG. 4A), and the water contact angle was 56.9, indicating that the hydrophilic properties of the surface did not show any significant change (see FIG. 4B). In addition, as shown in FIG. 5, the surface of the laminin, which was hardly detected in the control group and the comparison group, was uniformly present (see FIG. 5A), confirming the presence of the adhering substance.

이러한 결과로부터, 세포외 기질 성분이 코팅된 본 발명의 기질 표면은, 종래 기질 표면의 친수성 성질이 유지되는바, 본 발명은 기질 표면과 접촉하는 과정을 포함하는 직접교차분화 기술 분야에도 적용될 수 있음을 알 수 있었다. From these results, the substrate surface of the present invention coated with the extracellular matrix component maintains the hydrophilic property of the surface of the conventional substrate, so that the present invention can also be applied to a direct crossing differentiation technique including a process of contacting the substrate surface And it was found.

실시예 3. 탈세포화 세포외 기질 기반의 하이드로겔 및 특성 분석Example 3. Hydrogel and characterization based on degassed saturated extracellular matrix

상기 실시예 2의 2차원 배양뿐만 아니라, 직접교차분화를 촉진시킬 수 있는 3차원 배양 조건을 제공하기 위하여, 상기 실시예 1의 용해물을 증류수로 희석시킨 PBS 및 콜라겐 Ⅰ과 혼합하여 탈세포화 세포외 기질을 함유하는 직접교차분화용 하이드로겔 (이하, 직접교차분화용 3차원 지지체라 명명함.)을 제조하였다 (BEM). 구체적으로, 상기 실시예 1의 용해물과, 콜라겐 Ⅰ 용액을 증류수, 10X PBS와 혼합하여, 최종적으로 혼합물 내 세포외 기질; 8mg/ml, PBS; 1X, 콜라겐 Ⅰ; 2mg/ml가 되도록 하였다. 혼합물 내 pH는 pH 7.4로 조절한 후, 37℃에서 30분간 배양하였다. 한편, 간 조직 유래 세포외 기질 기반의 하이드로겔의 경우, 콜라겐 Ⅰ과의 혼합없이, 세포외 기질 용해물만으로 제조하였다. In order to provide a three-dimensional culture condition capable of promoting direct crossing differentiation as well as the two-dimensional culture of Example 2, the lysate of Example 1 was mixed with PBS diluted with distilled water and collagen I, (Hereinafter, referred to as a three-dimensional support for direct crossing differentiation) containing an outer substrate (BEM). Specifically, the lysate of Example 1 and the collagen I solution were mixed with distilled water, 10X PBS, and finally the extracellular matrix in the mixture; 8mg / ml, PBS; 1X, Collagen I; 2 mg / ml. The pH in the mixture was adjusted to pH 7.4 and then incubated at 37 ° C for 30 minutes. On the other hand, in the case of extracellular matrix-based hydrogels derived from liver tissue, it was prepared only from extracellular matrix solutes without mixing with collagen I.

이후, 상기 방법에 의해 제조된 직접교차분화용 3차원 지지체의 내부구조를 주사전자현미경 (SEM)을 통하여 관찰하였으며, 0.1-1 Hz의 주파수 (frequency) 범위에서의 탄성계수 (Elastic modulus), 및 점성계수 (Viscous modulus)를 회전형 유량계로 측정하여 직접교차분화용 3차원 지지체의 기계적 특성을 확인하였다. 한편, 비교군으로 콜라겐 Ⅰ만으로 이루어진 하이드로겔 (Col)을 이용하였다. Thereafter, the internal structure of the direct crossing differentiation three-dimensional support produced by the above method was observed through a scanning electron microscope (SEM), and the elastic modulus in a frequency range of 0.1-1 Hz and The viscous modulus was measured by a rotating flow meter to confirm the mechanical properties of the direct three dimensional support for crossing differentiation. On the other hand, a hydrogel (Col) consisting solely of collagen I was used as a comparative group.

그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 직접교차분화용 3차원 지지체는 콜라겐 나노섬유 구조로 이루어져 있었으나, 비교군과 달리, 상기 나노섬유 상, 생체 조직과 유사한 환경을 제공할 수 있는 특유의 가로 줄무늬(striation)가 관찰되었으며 (도 6a 참조), 기계적 특성을 확인한 결과, 액체상을 나타내는 점성계수에 비해 고체상을 나타내는 탄성계수가 모든 주파수 영역에서 높게 관찰되었는바, 상기 콜라겐 성분과 세포외 기질 성분이 중합되어, 안정적으로 하이드로겔을 형성하였음을 알 수 있었다 (도 6b 참조). As a result, as shown in FIG. 6, the three-dimensional support for direct crossing differentiation of the present invention was composed of a collagen nanofiber structure. However, unlike the comparative group, the nanofiber phase, (See Fig. 6A). As a result of checking the mechanical properties, the elastic modulus showing the solid phase was higher in all the frequency regions than the viscosity coefficient showing the liquid phase, and the collagen component and the extracellular matrix Component was polymerized to form a stable hydrogel (see FIG. 6B).

이러한 결과로부터, 세포외 기질 성분을 함유한 본 발명의 하이드로겔은, 균질한 조성으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 보다 효율적으로 생체 조직 모사 환경을 제공할 수 있었는바, 본 발명은 조직 특이적인 미세 환경이 큰 영향을 미치는 직접교차분화 기술 분야에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.From these results, the hydrogel of the present invention containing the extracellular matrix component not only can be manufactured in a homogeneous composition, but also can provide a biologic tissue simulation environment more efficiently, and the present invention can provide a tissue- It can be applied to direct crossing differentiation technology which has a great influence on environment.

실시예 4. 직접교차분화용 배양용기를 이용한 신경세포로의 직접교차분화 Example 4. Direct crossing differentiation into neurons using a culture vessel for direct cross-differentiation

본 실시예에서는, 뇌 조직 유래 세포외 기질을 함유하는 poly L-lysine (PLL) 용액으로 코팅된, 직접교차분화용 배양용기 (PLL-BEM)를 이용하여 마우스의 섬유아세포에서 신경세포로의 직접교차분화를 유도하였다. 구체적으로, 도 7에 나타낸 바와 같이, PMEF 배지 (DMEM, 10% FBS, 1% P/S)에 배양된 섬유아세포에 BAM-encoding plasmid를 전기천공법을 통하여 전달하고, 이로부터 3일 후, 상기 PMEF 배지를 신경세포 유도용 배지 (DMEM/F12, N2 supplement, 10ng/ml bFGF, 10ng/ml EGF)로 교체하여 배양하였다. In this example, a direct cross-differentiation culture vessel (PLL-BEM) coated with poly-L-lysine (PLL) solution containing extracellular matrix derived from brain tissue was used to directly Cross-differentiation was induced. Specifically, as shown in Fig. 7, the BAM-encoding plasmid was delivered to the fibroblasts cultured in PMEF medium (DMEM, 10% FBS, 1% P / S) through electroporation, The PMEF medium was replaced with a neural cell inducing medium (DMEM / F12, N2 supplement, 10ng / ml bFGF, 10ng / ml EGF).

4-1. 신경세포로의 직접교차분화 효율 및 유도신경세포의 성숙도 증진 효과 확인 4-1. Direct crossover differentiation efficiency into neuron and confirmation of maturation enhancement of induced neuron

섬유아세포에 BAM-encoding plasmid를 전달한 후 10-12일째, 세포외 기질의 농도 (0.01, 0.05, 0.1 mg/ml)에 따른 초기분화 관련 유전자 (Sox2, Nestin, Tuj1)의 발현 변화를 qRT-PCR을 통하여 분석하였으며, 상기와 마찬가지로, neurosphere-like cluster 형성여부, 및 신경 특이적 마커인 Tuj1+ 세포수를 비교하였다. 비교군으로는 PLL 용액으로만 코팅한 군 (PLL), Laminin을 함유하는 PLL 용액으로 코팅한 군 (PLL-LN)을 이용하였다. The expression of early differentiation-related genes (Sox2, Nestin, Tuj1) by the extracellular matrix concentration (0.01, 0.05, 0.1 mg / ml) was analyzed by qRT-PCR at 10-12 days after the BAM- . Similar to the above, the formation of neurosphere-like clusters and the number of Tuj1 + cells as neuronal specific markers were compared. As a comparative group, PLL (PLL) coated with PLL solution and PLL-LN coated with Laminin were used.

한편, 유도신경세포의 성숙도 증가여부를 평가하기 위하여, 신경세포 유도용 배지에서 배양한지 14일째, 세포외 기질의 농도 (0.005, 0.01 mg/ml)에 따른 Nestin, Tuj1, 및 MAP2의 발현 변화를 면역염색 및 qRT-PCR을 통하여 분석하였으며, 신경돌기 (Neurite)의 평균 길이를 비교하였다. 상기와 마찬가지로, 비교군은 PLL군 및 PLL-LN 군을 이용하였다. 또한, 신경세포 유도용 배지에서 배양한지 30일째, PLL-LN 군 및 PLL-LN+FN 군 (상기 PLL-LN 용액에 fibronectin이 첨가됨)과 본 발명에 따른 PLL-BEM (0.01) 군들간 mature neuronal marker인 Synapsin I+, Tuj1+ 세포의 분포를 면역염색을 통하여 비교하였으며, Nestin, Tuj1, 및 MAP2의 발현을 qRT-PCR을 통하여 비교하였다. On the other hand, to evaluate the maturation of inducible neurons, changes in expression of Nestin, Tuj1, and MAP2 by extracellular matrix concentration (0.005, 0.01 mg / ml) on the 14th day after culturing in neural cell- Immunohistochemistry and qRT-PCR were performed to compare the mean length of the neurites. Similarly, the PLL group and the PLL-LN group were used as the comparative group. On the 30th day after culturing in the culture medium for inducing neurons, mature (PLL-LN + FN) group (fibronectin was added to the PLL-LN solution) and PLL-BEM The distribution of neuronal markers Synapsin I +, Tuj1 + cells was compared by immunohistochemistry and the expression of Nestin, Tuj1, and MAP2 was compared by qRT-PCR.

그 결과, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, PLL-LN 군과 비교하여, 0.01 mg/ml의 뇌 조직 유래 세포외 기질을 함유하는, PLL-BEM (0.01)으로 코팅한 군에서, Sox2, Nestin, Tuj1 유전자의 발현이 현저하게 증가되었으며 (도 8a 참조), 이에 따른 neurosphere-like cluster 형성을 확인할 수 있었다 (도 8b 참조). 또한, 상기 결과와 마찬가지로, Tuj1+ 세포 수를 면역염색을 통해 산출한 결과, PLL-BEM (0.01)으로 코팅한 군에서 가장 많은 수의 Tuj1+ 세포가 관찰되었으며, 그 이하의 농도 (0.005 mg/ml)에서는, 오히려 PLL-LN 군보다도 적은 수의 Tuj1+ 세포가 관찰되었다 (도 9 참조). 즉, 본 발명의 탈세포화된 뇌 조직 유래 세포외 기질에는 collagen, fibronectin 등의 단백질과 함께 지질 성분을 포함하고 있는바, 과량의 농도가 함유될 경우, 상기 실험 결과로부터 알 수 있듯이, 부착성과 관련된 친수성 성질을 감소시켜 직접교차분화 효율을 저하시킬 수 있으며, 이와 반대로, 극히 소량의 농도가 함유될 경우, 생체조직 모사 환경 조건을 제공함에 미흡할 우려가 있는바, 적정 농도 (0.01mg/ml)의 세포외 기질은 본 기술에서 중요한 요소로 작용함을 확인할 수 있었다. As a result, as shown in Figs. 8 and 9, in the group coated with PLL-BEM (0.01) containing 0.01 mg / ml brain tissue-derived extracellular matrix as compared with the PLL-LN group, The expression of Nestin and Tuj1 genes was significantly increased (see FIG. 8A), and neurosphere-like cluster formation was confirmed (see FIG. 8B). In addition, the number of Tuj1 + cells was calculated by immunohistochemistry. As a result, the largest number of Tuj1 + cells were observed in the group coated with PLL-BEM (0.01) , A smaller number of Tujl + cells were observed than in the PLL-LN group (see Fig. 9). That is, since the degassed brain tissue-derived extracellular matrix of the present invention contains a lipid component together with proteins such as collagen and fibronectin, when the excessive concentration is contained, (0.01 mg / ml) may be insufficient because it may be insufficient to provide environment conditions for biotissue simulation when an extremely small amount of the concentration is contained. On the other hand, Was found to play an important role in this technique.

또한, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, PLL-BEM (0.01)으로 코팅한 군에서, Tuj1와 MAP2의 발현이 가장 높게 관찰되었고 (도 10 참조), 신경돌기 길이 역시 가장 길게 측정되었다 (도 11 참조). 아울러, PLL-BEM (0.01)으로 코팅한 군은, 세포외 기질 단일 성분을 포함한 PLL-LN 군뿐만 아니라, 세포외 기질 복합 성분을 포함한 PLL-LN+FN 군에 비해서도 Synapsin I+, Tuj1+ 세포가 다량 관찰되었으며, early neuronal marker인 Nestin 발현은 가장 적고, later neuronal marker인 Tuj1과 MAP2 발현은 가장 높게 관찰되었는바 (도 12 참조), 본 발명에 따른 뇌 조직 유래 세포외 기질 성분은 세포외 기질 단일 또는 복합 성분에 비해 유도신경세포의 분화도 및 성숙도를 더욱 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다.10 and 11, in the group coated with PLL-BEM (0.01), the highest expression of Tuj1 and MAP2 was observed (see Fig. 10), and the neurite length was also measured to be the longest 11). In addition, the group coated with PLL-BEM (0.01) showed higher levels of synapsin I + and Tuj1 + cells than the PLL-LN group containing a single component of extracellular matrix as well as the PLL-LN + FN group containing extracellular matrix components The early neuronal marker Nestin expression was the least and the later neuronal markers Tuj1 and MAP2 expression were the highest (see FIG. 12). The extracellular matrix component derived from brain tissue according to the present invention was found to be a single or extracellular matrix And that the degree of differentiation and maturation of the inducible neurons could be further increased as compared with that of the compound.

4-2. 유도신경세포의 전사체 발현 및 전기생리학적 기능 분석4-2. Expression of transcripts and electrophysiological functions of inducible neurons

섬유아세포 (PMEF), Laminin 코팅 표면에서 직접교차분화된 유도신경세포 (iN-LN) 및 본 발명의 직접교차분화용 배양용기에서 직접교차분화된 유도신경세포 (iN-BEM)에 대한 대사체 발현 분석을 통해 이들간 특성을 분석하였다. RNA-sequencing을 통해 상기 세포들의 유전자 발현 프로파일을 비교하였으며, gene ontology (GO) category 분석을 기초로 iN-BEM과 iN-LN간 신경세포 특이적인 유전자의 발현 양상을 비교하였다. (IN-BEM) directly cross-differentiating directly from fibroblasts (PMEF), inducing neurons (iN-LN) cross-differentiating directly from the surface of the laminin coating, and culture vessels for direct cross- We analyze the characteristics of these by analyzing them. The gene expression profiles of these cells were compared by RNA-sequencing and the expression patterns of iN-BEM and iN-LN-specific neuronal specific genes were compared based on gene ontology (GO) category analysis.

또한, 상기 3-1의 실시예에서 가장 우수한 효과를 보였던 BEM (0.01) 군에서 장기간 (30일 동안) 직접교차분화시킨 유도신경세포들의 전기생리학적 기능을 패치클램프 분석을 실시하여 확인하였다. In addition, the electrophysiological function of inducing neurons directly cross-differentiated over a long period of time (30 days) in the BEM (0.01) group, which showed the best effect in the above Example 3-1, was confirmed by patch clamp analysis.

그 결과, 도 13에 나타낸 바와 같이, 직접교차분화된 유도신경세포 (iN-LN, iN-BEM)는 비슷한 발현 프로파일을 나타내는 반면, 이들은 섬유아세포 (PMEF)와는 명백히 다른 양상을 보였다 (도 13a). 또한, 상기 유도신경세포 (iN-LN, iN-BEM)에서, synapse part, synapse, neuron projection, neuron differentiation 등 신경세포 특이적인 마커의 발현이 크게 증가하였으며, 이들 중 다수의 마커들은 본 발명에 따른 iN-BEM에서 가장 높게 관찰되었다 (도 13b). As a result, direct cross-differentiated inducible neurons (iN-LN, iN-BEM) showed similar expression profiles, whereas they showed distinctly different patterns from fibroblasts (PMEF) . In addition, the expression of neural cell-specific markers such as synapse part, synapse, neuron projection, and neuron differentiation greatly increased in the induction neuron (iN-LN, iN-BEM) iN-BEM (Fig. 13B).

또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 배양 기간 (14일, 21일, 30일)에 따라 Rest membrane potential (RMP) 값이 낮아지는바, 세포의 막 성숙도가 점차 향상되었으며 (도 14a 참조), 전압-클램프 또는 전류-클램프 상태에서, 활동 전위 및 전압개폐성 나트륨채널에 의한 전류 생성을 확인하였고, Na+ channel 차단제인 TTX (Tetrodotoxin) 처리에 따른 활동 전위와 나트륨 채널에 의한 전류가 사라짐을 확인할 수 있었다 (도 14b 및 도 14c 참조). 아울러, Post-synaptic current 및 PiTx 처리에 의한 current의 감소가 관찰되었고, PiTx와 CNQX (6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione)을 동시에 처리하였을 때, current가 완전히 소실되었는바, excitatory 및 inhibitory population이 존재함을 알 수 있었고 (도 14d 참조), calcium imaging을 통해 glutamate neurotransmitter에 대한 반응성을 확인하였다 (도 14e 참조). Further, as shown in FIG. 14, the membrane membrane maturity level was gradually improved as the rest membrane potential (RMP) value was lowered according to the culture period (14 days, 21 days, 30 days) - In the clamped or current-clamped state, the generation of current by the action potential and the voltage-openable sodium channel was confirmed, and the action potential and the sodium channel-induced current disappearing by the treatment with TTX (Tetrodotoxin) (See Figs. 14B and 14C). In addition, current reduction by post-synaptic current and PiTx treatment was observed, and current was completely lost when PiTx and CNQX (6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione) And inhibitory population were present (see FIG. 14d), and the reactivity to glutamate neurotransmitter was confirmed by calcium imaging (see FIG. 14e).

4-3 뇌졸중 동물모델을 이용한 유도신경세포의 치료효과 확인 4-3 Identification of the therapeutic effects of guinea neurons using an animal model of stroke

BEM (0.01) 군에서 30일간 배양하여 직접교차분화시킨 유도신경세포를 Brain acute ischemic injury 마우스 모델의 striatum과 cortex 부위에 이식한 뒤, 유도신경세포의 이식여부 및 이에 따른 치료효과를 확인하고자 하였다 (도 15 참조). 상기 질병이 유발된 마우스 모델에 이식하기 전, 세포를 DiI 형광 염색을 처리하여 이식된 유도신경세포의 tracking이 가능하도록 처리하였다. BEM (0.01) group for 30 days to directly cross-differentiate the inducible neurons into the striatum and cortex areas of the mouse model of brain ischemic injury. 15). Prior to transplantation into the disease-induced mouse model, cells were treated with DiI fluorescent staining to allow for the tracking of transplanted guinea pig neurons.

구체적으로, 유도신경세포를 이식한 후 7일째, DiI 형광 분포를 통하여 이식된 세포의 분포를 확인하였으며, DiI+ BrdU+ 세포 및 DiI+ Tuj1+세포의 분포를 통하여 이식된 세포의 특성을 확인하였다. 또한 유도신경세포 이식에 따른 뇌졸중의 치료효과를 확인하고자 Rotarod test (이식 14일, 28일째, 및 56일째), Ladder walking test (이식 56일째), 및 Grip strength test (이식 56일째)를 통하여 신경행동학적 분석을 실시하였다. 한편, 상기 신경행동학적 분석에서의 비교군으로 PBS를 투여한 군 (PBS)을 이용하였다. Specifically, the distribution of the transplanted cells through the DiI fluorescence distribution was confirmed on day 7 after transplantation of the inducible neurons, and the characteristics of the transplanted cells were confirmed through the distribution of DiI + BrdU + cells and DiI + Tuj1 + cells. In addition, in order to examine the therapeutic effect of stroke induced by induction of neuronal cell transplantation, the neurons were observed through the Rotarod test (14 days, 28 days and 56 days), Ladder walking test (56 days), and Grip strength test Behavioral analysis was performed. On the other hand, in the neurobehavioral analysis, PBS group (PBS) was used as a comparative group.

그 결과, 도 16에 나타낸 바와 같이, 유도신경세포를 이식한지 7일이 경과한 후에도 대부분의 세포가 이식한 부위에 존재함을 확인할 수 있었으며 (도 16a 참조), 일부 population에서 DiI+ BrdU+ 세포 및 DiI+ Tuj1+세포가 관찰되었는바, 이식된 세포 중 일부는 증식하며, 이들은 병변 부위의 신경 발생 (neurogenesis)에 관여함을 알 수 있었다 (도 16b 및 도 16c 참조). As a result, as shown in FIG. 16, it was confirmed that most of the cells were present at the transplanted site even after 7 days of transplantation of the inducible neurons (see FIG. 16A), and DiI + BrdU + cells and DiI + When Tuj1 + cells were observed, some of the transplanted cells proliferated and they were found to be involved in the neurogenesis of lesion sites (see FIGS. 16B and 16C).

한편, 도 17에 나타낸 바와 같이, 유도신경세포가 이식된 마우스의 신경행동학적 특성을 확인한 결과, 비교군에서 비해, 이식한지 4주가 경과한 시점부터, 트레드밀에서 바닥으로 떨어지는데 소요되는 시간이 현저하게 증가되었다 (Rotarod test; 도 17a 참조). 또한 상기 결과와 마찬가지로, 비교군에서 비해, 사다리에서 slip되는 비율의 감소 및 grip strength의 증가를 확인할 수 있었는바, 본 발명에 따른 직접교차분화된 유도신경세포를 이식함으로써, 뇌졸중 동물모델의 운동능력이 향상되거나 보존됨을 알 수 있었다 (Ladder walking test; 도 17b, Grip strength test; 도 17c).On the other hand, as shown in Fig. 17, the neurobehavioral characteristics of the transplanted mice showed that the time taken from the treadmill to the bottom for four weeks after transplantation was significantly longer (Rotarod test; see Fig. 17A). Similar to the above results, it was confirmed that the ratio of the slip to the ladder and the increase of the grip strength were increased as compared with the comparison group. By transplanting the directly cross-differentiated guinea neural cells according to the present invention, (Ladder walking test; Fig. 17B, Grip strength test; Fig. 17C).

4-4. 나노패턴 구조를 포함하는 직접교차분화용 배양용기를 이용한 직접교차분화4-4. Direct cross-fertilization using a culture vessel for direct cross-differentiation containing nanopattern structures

본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기의 다른 형태로서, 300-300nm groove/ridge 나노패턴 구조로 이루어진 기질 표면을 포함하는 직접교차분화용 배양용기를 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 본 발명의 세포외 기질 성분을 이용하여 코팅하였다. 이후, 상기와 마찬가지로 섬유아세포를 직접교차분화시켜 유도신경세포를 제조하였으며, 이에 따른 신경세포 특이적 마커인 Tuj1의 발현을 확인하였다. 한편, 비교군으로는, 나노패턴 구조를 포함하지 않는 일반적인 기질 표면을 포함하는 직접교차분화용 배양용기를 이용한 군 (No pattern)을 이용하였다. As another embodiment of the culture container for direct crossing differentiation according to the present invention, a culture container for direct cross-differentiation comprising a substrate surface of a 300-300 nm groove / ridge nanopattern structure is prepared in the same manner as in Example 2, Coated with an outer matrix component. Then, the fibroblasts were directly cross-differentiated to produce inducible neurons, and the expression of Tuj1, a neuron-specific marker, was confirmed. On the other hand, as a comparative group, a group using a culture vessel for direct cross-differentiation including a general substrate surface not including a nanopattern structure was used.

그 결과, 도 18에 나타낸 바와 같이, BEM 코팅이 나노패턴 구조로 이루어진 기질 표면에 적용될 경우 (300-300nm nanopattern), 표면 구조로 인한 자극(topographical stimulation)과 함께 뇌조직 특이적 미세환경 제공함으로써, 직접교차분화 효율이 증진됨을 알 수 있었다. As a result, as shown in FIG. 18, when the BEM coating is applied to the surface of a substrate made of a nanopattern structure (300-300 nm nanopattern), a brain tissue-specific microenvironment is provided along with topographical stimulation, Direct crossing differentiation efficiency was improved.

4-5. Tail-tip fibroblast 세포부터 유도신경세포로의 직접교차분화4-5. Direct cross-differentiation from Tail-tip fibroblast cells to inducing neurons

본 발명에 따른 직접교차분화용 배양용기를 이용하여 태아 유래 섬유아세포 (MEF)외에도, 성체 쥐 유래 꼬리 섬유아세포 (tail-tip fibroblast, TTFs)로부터 유도신경세포로의 직접교차 분화가 가능한지 여부를 확인하고자 하였다. 상기 도 7에 나타낸 과정과 동일한 방법을 통해 직접교차분화를 유도하였으며, 이후, 면역염색을 통하여 신경세포 특이적 마커인 Tuj1 및 NeuN의 발현 변화를 측정하여 평가하였다.Using the culture container for direct cross-differentiation according to the present invention, it was confirmed whether direct cross-differentiation from adult rat-derived tail-type fibroblast (TTFs) to inducing neurons was possible in addition to fetal fibroblast (MEF) . Direct crossing differentiation was induced by the same method as shown in FIG. 7, and then changes in expression of Tuj1 and NeuN, which are neuron-specific markers, were measured and evaluated through immunostaining.

그 결과, 도 19에 나타낸 바와 같이, 분화능이 완전히 상실된, 성체 쥐-유래 꼬리 섬유아세포에 본 발명의 방법을 적용한 경우에도, Tuj1 및 NeuN의 발현이 유의적으로 증가함을 확인할 수 있었다. 상기 결과로부터, 본 발명에 따른 직접교차분화 기술은 분화능의 잔존 여부에 관계없이 다양한 종류의 피부세포에 적용될 수 있음을 알 수 있었다. As a result, as shown in Fig. 19, it was confirmed that the expression of Tuj1 and NeuN was significantly increased even when the method of the present invention was applied to adult mouse-derived tailed fibroblasts in which the pluripotency was completely lost. From the above results, it can be seen that the direct crossing differentiation technique according to the present invention can be applied to various kinds of skin cells irrespective of the remaining ability of the differentiation.

실시예 5. 직접교차분화용 3차원 지지체를 이용한 신경세포로의 직접교차분화Example 5. Direct crossing differentiation into neurons using a three-dimensional support for direct crossing differentiation

본 실시예에서는, 상기 실시예 3의 뇌 조직 유래 세포외 기질을 함유하는 하이드로겔 (직접교차분화용 3차원 지지체) 및 미세유체 장치 (Microfluidic device)를 이용하여 마우스의 섬유아세포에서 신경세포로의 직접교차분화를 유도하였다. 구체적으로, 도 20a에 나타낸 바와 같이, 전기천공법 (day 0), 및 PBAE (poly(beta amino ester)) 고분자 나노파티클 기반 유전자 전달체 (day 2)를 이용하여 2회에 걸쳐 BAM factor 유전자를 섬유아세포에 전달하였으며, 이로부터 4-5일 후, 세포를 수거하고, 본 발명의 3차원 지지체 (BEM겔)에 세포를 봉입 (encapsulation) 시켰다. 이후, 상기 봉입된 세포를 미세유체 장치의 channel 내부에 채운 뒤, 상기 channel과 연결된 챔버를 통해 신경세포 유도용 배지를 세포에 공급함으로써, 미세 환경 조건 하에서 3차원 배양하였다. In this Example, the effect of the fibroblasts of the mouse of the Example 3 on neuronal cells was examined using a hydrogel (three-dimensional support for direct cross-differentiation) and a microfluidic device containing an extracellular matrix derived from brain tissue Direct cross-differentiation was induced. Specifically, as shown in FIG. 20A, the BAM factor gene was transfected twice using electroporation (day 0) and PBAE (poly (beta amino ester)) polymer nanoparticle-based gene delivery vehicle (day 2) After 4-5 days, the cells were harvested and the cells were encapsulated in a three-dimensional support (BEM gel) of the present invention. Then, the encapsulated cells were filled in the channel of the microfluidic device, and then the neuron-inducing medium was supplied to the cells through a chamber connected to the channel, followed by three-dimensional culture under microenvironmental conditions.

5-1. 미세 환경 조건 변화에 따른 직접교차분화 효율 비교 5-1. Comparison of direct crossing differentiation efficiency according to change of micro environmental condition

본 발명에 따른 직접교차분화시스템은 실제 뇌 조직의 미세환경을 효율적으로 모사하였다는 점에 기술적 특징이 있는바, 이러한 효과를 구체적으로 확인하고자 다양한 비교군을 설정하여 직접교자분화에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 구체적으로, 세포 내 transcription의 지표이자 직접교차분화에서 중요한 역할을 담당하고 있는 것으로 알려진, H3K4me3 히스톤 변형 정도를 비교하였고, 신경 특이적 마커인 Tuj1의 발현량 및 ChiP assay를 통해 H3K4me3 또는 H3K27Ac 단백질이 상기 Tuj1 유전자의 프로모터에 결합하는 정도를 확인하였다. YAP 발현은 세포가 부착 및 배양되는 조건의 기계적 물성 (강도 등)에 의해 영향을 받는다고 알려져 있다. 구체적으로, 높은 기계적 물성의 조건에서 부착 및 배양되는 경우 YAP이 주로 핵 내에서 발현되고 이는 세포의 자가복제을 위한 신호를 활성화시키는 반면, 낮은 기계적 물성의 조건에서 부착 및 배양되는 경우에는 YAP이 주로 세포질 내에서 발현되고 이는 세포의 분화를 위한 신호 활성화에 기여한다고 알려져 있다. 이러한 사실에 기초하여, 미세환경 조건 변화에 따른 유도신경세포 내 YAP의 발현 위치를 면역 염색을 통해 확인하였다. 한편, 본 실시예에서의 비교군은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다 (도 20b 참조). The direct crossover differentiation system according to the present invention has a technical feature in that it efficiently simulates the microenvironment of actual brain tissue. In order to confirm this effect specifically, various comparative groups are set up to determine the influence on direct gonadal differentiation . Specifically, the degree of H3K4me3 histone deformation, which is an indicator of intracellular transcription and plays an important role in direct cross-differentiation, was compared, and the amount of expression of Tuj1, a neuronal-specific marker, and the ChiP assay revealed that H3K4me3 or H3K27Ac protein The degree of binding to the promoter of the Tuj1 gene was confirmed. YAP expression is known to be influenced by the mechanical properties (strength, etc.) of the conditions under which the cells are attached and cultured. Specifically, when adhered and cultured under conditions of high mechanical properties, YAP is mainly expressed in the nucleus, which activates signals for autologous replication of the cells, whereas when adhered and cultured under conditions of low mechanical properties, , Which is known to contribute to signal activation for cell differentiation. Based on these facts, the location of YAP expression in inducible neurons in response to changes in microenvironmental conditions was confirmed by immunostaining. On the other hand, the comparison group in this example is as shown in the following Table 1 (see Fig. 20B).

Figure pat00001
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그 결과, 도 21에 나타낸 바와 같이, 2D BEM 및 3D Col 배양 환경과 비교하여 3D BEM 배양 조건에서 유도신경세포의 분화가 더욱 촉진되었음을 확인하였으며 (도 21a 및 도 21b 참고), ChIP 후성유전학 분석을 통해 3D BEM 배양 환경에 의해 유도신경세포 내 Tuj1과 H3K4me3 또는 H3K27Ac의 결합이 크게 증진됨을 알 수 있었는바 (도 21c 참조), 본 발명에 따른 3D BEM 조건은 신경세포로의 직접교차분화를 증진시킬 수 있음을 보여주는 것이다. 또한, 도 22에 나타낸 바와 같이, 2D BEM으로 코팅된 표면 배양 조건에서는 YAP의 핵 내 발현이 크게 상승하였던 반면, 3D 하이드로젤 배양 조건 (3D Col, 3D BEM)에서는 YAP이 주로 세포질에서 발현되는 것을 확인하였다 (도 22a 및 도 22b 참조). 따라서, 신경세포의 직접교차분화를 증진시키기 위한 미세환경 조건으로서 3D 배양 조건의 필요성을 재차 확인할 수 있었다. As a result, as shown in FIG. 21, it was confirmed that the differentiation of inducing neurons was further promoted in the 3D BEM culture conditions as compared with the 2D BEM and 3D Col culture environments (see FIGS. 21A and 21B) The 3D BEM culture conditions of the present invention showed that the binding of Tuj1 and H3K4me3 or H3K27Ac in the inducible neurons is greatly enhanced by the 3D BEM culture environment (see FIG. 21C), and the 3D BEM condition according to the present invention promotes direct crossing differentiation into neurons It is possible to show that it is possible. In addition, as shown in FIG. 22, the expression of YAP in the nucleus was greatly elevated under the surface culture conditions coated with the 2D BEM, whereas in the 3D hydrogel culture conditions (3D Col, 3D BEM), YAP was mainly expressed in the cytoplasm (See Figs. 22A and 22B). Thus, the need for 3D culture conditions as micro-environmental conditions to enhance direct cross-differentiation of neurons was re-confirmed.

아울러, 세포의 엑토미오신 수축 기능과 연관된 기작을 저해하는 물질 (Y-27632 (Rho-kinase inhibitor) 또는 blebbistatin (myosin-II activity inhibitor))을 처리하고 YAP의 발현 위치를 분석하였다. 그 결과, 도 23에 나타낸 바와 같이, 3D Col과 3D BEM 군은 저해 물질의 처리 전 후, 큰 차이를 보이지 않았던 반면, 2D BEM 군에서는 저해 물질 처리에 따라 YAP의 핵 내 발현이 크게 감소하였다. 이러한 결과는 2D BEM 군의 경우, Y27632 또는 blebbistatin의 처리에 의해 배양 조건의 기계적 물성 (mechanical signaling)이 감소하여, 세포의 분화를 위한 신호가 활성화되는 조건으로 전환되었음을 의미한다. 한편, 5 uM 농도의 Y27632 또는 blebbistatin를 처리한 경우 모든 군에서 tuj1 mRNA 발현 변화는 미미하였으나, 10 uM 농도의 Y27632을 처리한 경우에는 2D BEM 군에서 tuj1의 발현이 유의적으로 증가하였고, 15 uM 농도의 blebbistatin를 처리한 경우에는, 2D BEM 군 뿐만 아니라 3D Col과 3D BEM 군에서도 tuj1의 발현이 유의적으로 증가함을 알 수 있었다. 즉, 배양 조건에서 기계적 물성의 감소는 직접교차분화 효율의 증진으로 이어질 수 있으며, 이러한 효과는 처리 물질의 농도에 따라, 2D 및 3D 배양 조건 모두에서 확인할 수 있었다. (Y-27632 (Rho-kinase inhibitor) or blebbistatin (myosin-II activity inhibitor)) and the location of YAP expression was analyzed. As a result, as shown in FIG. 23, the 3D Col and 3D BEM groups showed no significant difference after the inhibitor treatment, whereas in the 2D BEM group, the expression of YAP in the nucleus was greatly decreased by treatment with the inhibitor. These results indicate that the mechanical signaling of the culture conditions was reduced by the treatment of Y27632 or blebbistatin in the 2D BEM group, and the signal was activated to activate the signal for cell differentiation. On the other hand, when 5 μM of Y27632 or blebbistatin was treated, the expression of tuj1 mRNA was small in all groups. However, when treated with 10 μM of Y27632, the expression of tuj1 was significantly increased in the 2D BEM group, The concentration of blebbistatin significantly increased the expression of tuj1 in the 3D Col and 3D BEM groups as well as the 2D BEM group. In other words, the decrease in mechanical properties in culture conditions could lead directly to the enhancement of crossed differentiation efficiency, and this effect could be confirmed in both 2D and 3D culture conditions depending on the concentration of the treatment substance.

따라서, 본 발명은 미세환경의 변화에 따라, 세포 전환 과정과 관련된 세포의 후성 유전학적 특징 (epigenetic) 및 기계역학 신호전달 (mechanotransduction)을 조절하여 직접교차분화 효율을 더욱 증진시킬 수 있음을 알 수 있었다. Therefore, the present invention shows that direct cross-differentiation efficiency can be further enhanced by controlling the epigenetic and mechanotransduction of cells involved in cell transduction according to changes in microenvironment there was.

5-2. 미세 유체 장치에서의 배양에 따른 직접교차분화 효율 비교5-2. Comparison of direct crossing differentiation efficiency according to culture in microfluidic device

미세유체 장치에서 배양한 후 8-10일째, 세포외 기질 함유에 따른 NeuN, Tuj1, 및 MAP2의 발현 변화를 면역염색을 통해 비교하였으며, Nestin, Tuj1, 및 MAP2의 발현 변화를 qRT-PCR을 통하여 분석하였다 (3Dμ BEM). 이 밖에도, 이들간 신경돌기의 평균 길이, 신경 특이적 마커인 Tuj1+ 세포 수, 및 glutamate neurotransmitter에 대한 반응성을 비교하였다. 비교군으로는 세포외 기질 성분이 함유되지 않은 콜라겐겔로 봉입한 뒤, 상기와 같이 3차원 배양시킨 군 (3Dμ Col)을 이용하였다. Expression changes of NeuN, Tuj1, and MAP2 by extracellular matrix contents were compared by immunohistochemistry at 8-10 days after culturing in microfluidic device. Expression changes of Nestin, Tuj1, and MAP2 were analyzed by qRT-PCR (3D BEM). In addition, we compared the mean length of these liver neurites, the number of Tuj1 + cells as neuronal markers, and the reactivity to glutamate neurotransmitters. As a comparative group, the cells were enclosed with a collagen gel containing no extracellular matrix components, and the group (3DμCol) cultured in the three-dimensional manner as described above was used.

우선, 도 24에 나타낸 바와 같이, 하이드로겔로 봉입하여 3차원 환경 조건 하에서 배양하는 경우, H3K4me3의 발현이 보다 증진되었으며, 세포외 기질을 포함하는 본 발명의 BEM 겔과 미세유체 장치를 함께 이용한 경우 (3Dμ BEM), 이러한 효과가 더욱 우수함을 확인할 수 있었다. As shown in Fig. 24, when the cells were encapsulated with hydrogel and cultured under a three-dimensional environmental condition, the expression of H3K4me3 was further enhanced. When the BEM gel of the present invention containing an extracellular matrix and a microfluidic device were used together (3Dμ BEM), it was confirmed that these effects are more excellent.

또한, 도 25 및 도 26에 나타낸 바와 같이, 3Dμ Col 군과 비교하여, 본 발명에 따른 뇌 조직 유래 세포외 기질을 함유하는 직접교차분화용 3차원 지지체에서 3차원 배양된 군 (3Dμ BEM)에서, NeuN, Tuj1, 및 MAP2 유전자의 발현이 현저하게 증가되었으며 (도 25 참조), Nestin, Tuj1, 및 MAP2 유전자의 발현을 정량화하여 비교한 결과, 3Dμ BEM 군의 발현량은 3Dμ Col 군에 비해 유의적으로 높게 관찰되었다 (도 26 참조). 또한, 상기 결과와 마찬가지로, 3Dμ BEM 군은 신경돌기의 평균 길이 및 Tuj1+ 세포 수에 있어 가장 길거나 다량 관찰되었으며 (도 27a 및 도 27b 참조), glutamate neurotransmitter에 대한 반응성도 우수하였다 (도 27c 참조). 이러한 결과로부터, 미세 유체 장치를 이용한 3차원 배양 하에서도, 세포외 기질 성분을 함유함으로써, 신경세포로의 직접교차분화가 촉진됨을 알 수 있었다. Further, as shown in Fig. 25 and Fig. 26, in comparison with the 3D 占 군 l group, the group (3D 占 BEM) cultured in the three-dimensional direct support for direct crossing differentiation containing the brain tissue-derived extracellular matrix according to the present invention , The expression of NeuN, Tuj1, and MAP2 genes was significantly increased (see FIG. 25). As a result of quantifying the expression of Nestin, Tuj1, and MAP2 genes, the expression level of 3Dμ BEM group was significantly (See Fig. 26). In addition, similarly to the above results, the 3Dμ BEM group showed the longest or greatest amount of the average length of the neurites and the number of Tuj1 + cells (see FIGS. 27A and 27B), and was also excellent in reactivity to the glutamate neurotransmitter (FIG. From these results, it was found that, even in a three-dimensional culture using a microfluidic device, direct crossing differentiation into neurons is promoted by containing an extracellular matrix component.

따라서, 본 발명에 따른 직접교차분화 시스템은 뇌 조직 유래 세포외 기질 성분을 함유하여 뇌 조직 특이적 환경을 제공할 뿐만 아니라, 이와 함께, 미세유체 장치를 이용하여 신경 세포 배양을 위한 미세 환경 조건을 제공함으로써, 직접교차분화 효율이 현저하게 향상됨을 알 수 있었다. Therefore, the direct crossing differentiation system according to the present invention not only provides a brain tissue-specific environment containing an extracellular matrix component derived from brain tissue, but also provides a micro-environment condition for neuron culturing using a microfluidic device It was found that the direct crossing differentiation efficiency was remarkably improved.

5-3. 유도신경세포의 치료효과 확인5-3. Identification of therapeutic effect of inducing neuron

우선, 본 발명에 따른 직접교차분화 시스템에 의한 유도신경세포를 수거하여 단일세포로 dissociation시킨 후, PLL-laminin으로 코팅된 2차원 기질 표면에 reseeding하고, 일주일을 배양하였으며, 이들에 대한 live/dead 분석을 실시하여 표현 형질의 변화를 관찰하였으며, 비교군으로는 세포외 기질 성분이 함유되지 않은 콜라겐겔로 봉입한 뒤, 상기와 같이 3차원 배양시킨 군 (3Dμ Col)을 이용하였다. 또한, Brain acute ischemic injury 마우스 모델의 striatum과 cortex 부위에 이식한 뒤, 유도신경세포의 이식여부 및 이에 따른 치료효과를 확인하고자 하였다, 구체적으로, 상기 질병이 유발된 마우스 모델에 이식하기 전, 세포를 DiI 형광 염색을 처리하여 이식된 유도신경세포의 tracking이 가능하도록 처리하였으며, 아울러, 이식 후 4주 기간에 걸쳐, Rotarod test를 실시하여 신경행동학적 분석을 실시하였다. 비교군으로는 BEM으로 코팅된 표면에서 2차원 배양시킨 군 (2D iN cells)을 이용하였다. First, induction neurons were collected by dissociation into single cells, reseeded on a 2-dimensional substrate coated with PLL-laminin, cultured for 1 week, and live / dead Analysis was performed to observe changes in phenotypic traits. As a comparative group, the cells were enclosed with collagen gel containing no extracellular matrix components, and the group (3DμCol) cultured as described above was used. In addition, the present inventors investigated the transplantation of the inducible neuronal cells after the transplantation into the striatum and cortex regions of the mouse model of brain ischemic injury, and the therapeutic effects thereof. Specifically, before transplantation into the disease-induced mouse model, Were treated with DiI fluorescence staining to allow for the tracking of transplanted guinea pig neurons, and a rotarod test was performed over a period of 4 weeks after transplantation. As a comparative group, 2-dimensional cultured cells (2D iN cells) were used on the surface coated with BEM.

그 결과, 도 28에 나타낸 바와 같이, 3Dμ Col 군과 비교하여, 본 발명에 따른 뇌 조직 유래 세포외 기질을 함유하는 직접교차분화용 3차원 지지체에서 3차원 배양된 군 (3Dμ BEM)에서, 세포의 부착이 보다 용이하고, 신경돌기의 신장 (neurite extension)등과 같은 신경세포의 표형 형질이 잘 유지되고 있음을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in Fig. 28, in the group cultured three-dimensionally (3D 占 BEM) in a three-dimensional support for direct crossing differentiation containing a brain tissue-derived extracellular matrix according to the present invention, And neurite extension of the neuron are maintained well. In addition, it is possible to confirm that the neuronal cell type is maintained well.

또한, 도 29에 나타낸 바와 같이, 3Dμ BEM 군의 유도신경세포가 이식 부위에 다량 존재함을 알 수 있었으며 (도 29a), 상기의 세포가 이식된 마우스는 트레드밀에서 바닥으로 떨어지는데 소요되는 시간이 2Dμ BEM 군의 유도신경세포를 이식받은 경우보다 현저하게 증가되었음을 확인할 수 있었는바 (도 29b), 본 발명에 따른 직접교차분화된 유도신경세포를 이식함으로써, 뇌졸중 동물모델의 운동능력이 향상됨을 알 수 있었다.As shown in Fig. 29, it was found that a large amount of the induction neurons in the 3Dμ BEM group were present at the graft site (Fig. 29a), and the mice transplanted with the above- (FIG. 29B), it was found that the transplantation of direct-differentiated guinea neural cells according to the present invention improved the exercise capacity of the stroke animal model there was.

5-4. 히알루론산을 이용한 직접교차분화 효율 증진 효과 확인5-4. Confirmation of direct crossing efficiency improvement effect using hyaluronic acid

상기 실시예 3에서 제조된 직접교차분화용 3차원 지지체는 세포외 기질 용해물과 콜라겐 Ⅰ을 혼합하여 제조하였던 반면, 본 실시예에서는 콜라겐 Ⅰ이 아닌, 뇌 조직에 다량 존재하는 것으로 알려진 히알루론산을 10%의 세포외 기질 용해물 (40mg/ml)과 혼합하여, 직접교차분화용 3차원 지지체를 제조하였다 (HA-BEM). 상기와 동일한 방법으로 미세유체 장치와 함께 직접교차분화를 유도한 후, 면역염색 또는 qRT-PCR을 통해 Nestin, Tuj1, 및 MAP2의 발현 변화를 분석하였다. 비교군으로는 히알루론산 겔만을 이용한 군 (HA)을 이용하였다. The three-dimensional support for direct cross-differentiation prepared in Example 3 was prepared by mixing extracellular matrix lysate with collagen I, whereas in the present Example, hyaluronic acid, which is known to be present in large amounts in brain tissue rather than collagen I (HA-BEM) were prepared by mixing with 10% extracellular matrix lysate (40 mg / ml). The expression of Nestin, Tuj1, and MAP2 was analyzed by immunostaining or qRT-PCR after direct cross-differentiation with the microfluidic device was induced by the same method as above. As a comparative group, hyaluronic acid gel alone group (HA) was used.

그 결과, 도 30에 나타낸 바와 같이, HA-BEM 군의 Tuj1, 및 MAP2 또는 Nestin 발현이 비교군에 비해 유의적으로 높게 관찰되었는바, 콜라겐 겔뿐만 아니라 히알루론산 겔 기반의 지지체를 이용한 경우에도 직접교차분화 효율이 증진됨을 알 수 있었다. As a result, as shown in Fig. 30, the expression of Tuj1 and MAP2 or Nestin in the HA-BEM group was significantly higher than that in the comparative group. As a result, not only collagen gel but also hyaluronic acid gel- The cross - differentiation efficiency was improved.

실시예 6. 직접교차분화용 배양용기를 이용한 간세포로의 직접교차분화 Example 6. Direct cross-breeding of hepatocytes using a culture vessel for direct cross-differentiation

본 실시예에서는, 간 조직 유래 세포외 기질을 함유하는 직접교차분화용 배양용기를 이용하여 마우스의 섬유아세포에서 간세포로의 직접교차분화를 유도하였다. 구체적으로, 도 30에 나타낸 바와 같이, PMEF 배지 (DMEM, 10% FBS, 1% P/S)에 씨딩된 섬유아세포에 전기천공법 (day 0), 및 PBAE (poly(beta amino ester)) 고분자 나노파티클 기반 유전자 전달체 (day 2)를 이용하여 2회에 걸쳐 Hepatic lineage 관련 전사인자 (HNF1a, HNF4a, Foxa3)을 전달하였으며, 다음 날, 상기 PMEF 배지를 간 세포 유도용 배지(10% FBS, 0.1μM dexamethasone, 10 mM nicotamide, HCM SingleQuot Kit (Lonza), 20ng/mL hepatocyte growth factor (Peprotech) 및 20ng/mL epidermal growth factor (Peprotech)가 첨가된 DMEM/F12)로 교체하여 배양하였다. In this example, direct cross-differentiation of mouse fibroblasts into hepatocytes was induced using a culture vessel for direct cross-differentiation containing liver tissue-derived extracellular matrix. 30, electroporation (day 0) and PBAE (poly (beta amino ester)) polymer were applied to fibroblasts seeded in PMEF medium (DMEM, 10% FBS, 1% P / (HNF1a, HNF4a, Foxa3) were transferred twice using a nanoparticle-based gene delivery vehicle (day 2). On the next day, the PMEF medium was transferred to hepatic cell induction medium (10% FBS, 0.1 (DMEM / F12) supplemented with 10 mM nicotamide, HCM SingleQuot Kit (Lonza), 20 ng / mL hepatocyte growth factor (Peprotech) and 20 ng / mL epidermal growth factor (Peprotech).

이후, 본 발명에 따른 유도간세포 (LEM)와 전사인자가 전달되지 않은 군 (No transfection)의 차이를 광학현미경 또는 albumin 및 E-cadherin에 대한 면역염색을 통하여 확인하였다. 또한 간 조직 유래 세포외 기질의 농도 (0.02mg/ml (LEM 0.02), 0.1mg/ml (LEM 0.1))에 따른 albumin의 발현, 유도간세포 내 glycogen의 존재 여부를 확인하였으며, 비교군으로는 콜라겐 (0.02mg/ml)로 코팅한 군 (Col 0.02)를 이용하였다. 아울러, 간 특이적 마커 (HNF4A, AFP, ALB, CYP7A1)의 발현, 세포 당 albumin 및 urea의 분비량을 정량적으로 비교하였으며, 비교군으로는 primary hepatocyte를 이용하였다. Thereafter, the difference between the inducible hepatic cells (LEM) according to the present invention and the no transfection group (No transfection) was confirmed by immunostaining with an optical microscope or albumin and E-cadherin. In addition, the expression of albumin and the presence of glycogen in induced hepatocytes were confirmed by the concentration of extracellular matrix derived from liver tissue (0.02 mg / ml (LEM 0.02), 0.1 mg / ml (LEM 0.1)), (0.02 mg / ml) (Col 0.02) were used. Expression of liver specific markers (HNF4A, AFP, ALB, CYP7A1) and albumin and urea secretion levels were compared quantitatively. Primary hepatocyte was used as a comparative group.

그 결과, 도 32 내지 도 34에 나타낸 바와 같이, 간세포로의 직접교차분화에 있어서, 전사인자의 전달은 필수적인 요소임을 확인할 수 있었고 (도 32 참조), Col 0.02 군 및 LEM 0.1 군에 비해, 간 조직 유래 세포외 기질이 0.02mg/ml 농도로 함유되어 있는 LEM 0.02 군의 유도간세포의 albumin 발현이 가장 우세하였으며 (도 33a 참조), 이를 Periodic Acid-Schiff (PAS)로 염색한 결과, 다량의 glycogen이 존재함을 알 수 있었다 (도 33b 참조). 또한 primary hepatocyte와 비교하여, 세포 당 albumin 및 urea의 함량이 증가됨을 알 수 있었는바 (도 34 참조), 본 발명에 따른 간 조직 유래 세포외 기질 성분을 함유함으로써, 유도간세포의 분화도 및 성숙도가 증가됨을 알 수 있었다. As a result, as shown in FIG. 32 to FIG. 34, it was confirmed that transfer of the transcription factor was an essential factor in direct crossing differentiation into hepatocytes (see FIG. 32), and compared with the Col 0.02 group and the LEM 0.1 group, The albumin expression of the inducible hepatocytes of the LEM 0.02 group, which contained the tissue-derived extracellular matrix at a concentration of 0.02 mg / ml, was the most dominant (see Fig. 33a) and stained with Periodic Acid-Schiff (PAS) (See FIG. 33B). In addition, the content of albumin and urea per cell was increased as compared with the primary hepatocyte (see FIG. 34). By containing the extracellular matrix component derived from liver tissue according to the present invention, the degree of differentiation and maturation of the induced hepatocyte increased And it was found.

실시예 7. 직접교차분화용 3차원 지지체를 이용한 간세포로의 직접교차분화 Example 7. Direct crossing differentiation into hepatocytes using a three dimensional support for direct crossing differentiation

7-1. Bi-directional flow 및 HUVEC과의 공배양에 따른 효과7-1. Bi-directional flow and co-cultivation with HUVEC

본 실시예에서는, 상기 실시예 3의 간 조직 유래 세포외 기질을 함유하는 하이드로겔, 즉, 직접교차분화용 3차원 지지체 (LEM) 및 미세유체 장치 (microfluidic device)를 이용하여 상기 실시예 5와 동일한 과정으로, 마우스의 섬유아세포에서 간 세포로의 직접교차분화를 유도하였다. 구체적으로, 상기 섬유아세포를 본 발명의 3차원 지지체 (LEM 겔)에 봉입 (encapsulation) 시킨 후, 미세유체 장치 내 Bi-directional flow를 주거나 (Flow) 주지 않은 조건 (No flow)에서 배양하였으며, 상기 Bi-directional flow는 Rocker를 이용하여 미세유체 장치내 유체의 흐름을 제공하였다. 또한, 이들 각각은 Human umbilical vein endothelial cell (HUVEC)과 공배양 (iHep : HUVEC= 6 : 4)하거나 (iHep+HUVEC) 하지 않는 조건 (iHEP)에서 배양하였다. In this example, the hydrogel containing the extracellular matrix derived from the liver tissue of Example 3, that is, the direct crossed differentiation three-dimensional support (LEM) and the microfluidic device, In the same procedure, direct cross-differentiation of mouse fibroblasts into liver cells was induced. Specifically, the fibroblasts were encapsulated in a three-dimensional support (LEM gel) of the present invention, and then cultured in a non-flow condition (No flow) in a microfluidic device, The bi-directional flow provided a flow of fluid in the microfluidic device using a rocker. Each of these cells was cultured under conditions (iHEP: HUVEC = 6: 4) or (iHep + HUVEC) without co-culture with human umbilical vein endothelial cells (HUVEC).

이후, 조건들의 변화에 따른 albumin의 발현 등을 면역 염색을 통하여 확인하였고, 세포 당 간 특이적 인자인 urea, albumin의 분비량 및 CYP3A4A의 활성도를 정량적으로 비교하였으며, CYP4A3A 활성과 관련된 inducer라고 알려진 Rifampicin, suppressor로 알려진 verapamil를 유도간세포에 첨가 한 경우, CYP4A3A 활성도 변화를 측정하였다. 아울러, 상기와 동일한 조건들의 변화 하에서, F-actin, vinculin, Caspase3, 및 E-cadherin 면역 염색을 실시하여, 상기 단백질의 발현을 비교하였다. The expression levels of urea and albumin and the activity of CYP3A4A, which are specific for the liver, were quantitatively compared with those of CYP4A3A activity. Rifampicin, known as an inducer associated with CYP4A3A activity, When verapamil, known as the suppressor, was added to the induced hepatocytes, the change in CYP4A3A activity was measured. In addition, F-actin, vinculin, Caspase 3, and E-cadherin immunostaining were performed under the same conditions as above to compare the expression of the protein.

그 결과, 도 35에 나타낸 바와 같이, No flow 군은 대체적으로 albumin의 발현량이 적고, flow를 가한 군 중에서도 HUVEC과 공배양한 경우 (iHep+HUVEC), albumin의 발현이 높았으며, vasculature가 형성됨을 확인할 수 있었다. 또한, 도 36 및 도 37에 나타낸 바와 같이, 상기 결과와 마찬가지로, flow와 함께 HUVEC과 공배양한 경우, 유도간세포의 urea, albumin의 분비량 및 CYP3A4A의 활성이 가장 우수하였는바, 이를 통해 간세포의 기능이 증진됨을 알 수 있었으며 (도 36a, 36b, 및 36c 참고), 상기 유도 간 세포에 Rifampicin 또는 verapamil를 처리한 경우, CYP3A4A의 활성이 증가 또는 감소하였는바, 실제 간 세포와 매우 유사한 기능성을 지님을 알 수 있었다 (도 37a 및 37b 참고). 아울러, 도 38에 나타낸 바와 같이, Focal adhesion 관련 단백질인 F-actin, vinculin과 세포간 상호작용 관련 단백질인 E-cadherin의 발현을 관찰한 결과, flow와 함께 HUVEC과 공배양한 경우, 이들의 발현이 가장 우수하였는바, 직접교차분화를 위한 상호작용이 증진됨을 알 수 있었으며 (도 38a 및 도 38b 참조), 세포 사멸 관련 단백질인 Caspase-3의 발현의 경우에는, No flow 군에서 이들의 발현이 가장 다량 관찰되었는바, flow와 함께 HUVEC과 공배양함으로써, 직접교차분화 과정에서의 세포 사멸이 둔화됨을 알 수 있었다 (도 38c 참조). As a result, as shown in Fig. 35, in the No flow group, the albumin expression level was low, and when the flow was added, the expression level of albumin was high and the vasculature was formed when co-cultured with HUVEC (iHep + HUVEC) I could confirm. As shown in Figs. 36 and 37, when co-cultured with HUVEC in the presence of flow, the urea, albumin secretion amount and CYP3A4A activity of the inducible hepatic cells were the most excellent, (See Figs. 36a, 36b and 36c). When Rifampicin or verapamil was administered to the inducible liver cells, the activity of CYP3A4A was increased or decreased. (See Figs. 37A and 37B). As shown in FIG. 38, when F-actin, vinculin and E-cadherin, a protein related to intercellular interaction, were observed, when the cells were co-cultured with HUVEC in the presence of flow, (Fig. 38A and Fig. 38B). In the case of expression of Caspase-3, a cell apoptosis-related protein, expression of these genes in the no flow group was significantly increased The greatest number of cells were observed, and co-culturing with HUVEC in the presence of flow revealed that apoptosis in the direct cross-differentiation process was slowed (see FIG. 38C).

7-2. 미세유체 장치 내 조건 등에 따른 직접교차분화 효율의 변화7-2. Variation of direct crossing differentiation efficiency according to conditions in microfluidic device

본 실시예에서는, 도 20c에 나타낸 미세유체 장치 내 총 3개의 channel로 이루어지는 미세유체 장치를 이용하여, 마우스의 섬유아세포에서 간 세포로의 직접교차분화를 유도하였다. 구체적으로, channel 부분에 LEM 겔/콜라겐 겔로 봉입된 유도간세포만 분주한 군 (iHep), 중앙 channel 부분에 LEM 겔/콜라겐 겔로 봉입된 유도간세포 및 HUVEC을 함께 분주한 군 (iHep+EC), 중앙 channel 부분에 LEM 겔/콜라겐 겔로 봉입된 유도간세포를 분주하고, 바깥 두 채널에 봉입되지 않은 HUVEC을 분주한 군 (iHep/EC)을 이용한 뒤, 이들의 albumin 발현 등을 비교하였다. In this example, the microfluidic device consisting of three channels in the microfluidic device shown in Fig. 20C was used to induce direct crossing differentiation from the fibroblasts of the mouse into the liver cells. Specifically, a group (iHep) in which only the guided hepatocytes encapsulated in the LEM gel / collagen gel were channeled, a group (iHep + EC) in which the LEM gel / collagen gel- (iHep / EC) in which the HUVECs that were not encapsulated in the outer two channels were used to measure the albumin expression.

그 결과, 도 39에 나타낸 바와 같이, 콜라겐 겔을 이용한 군에 비해, 본 발명에 따른 LEM 겔을 사용한 경우, albumin의 발현이 높게 관찰되었으며, 중앙 channel 부분에 LEM 겔로 봉입된 유도간세포 및 HUVEC을 함께 분주한 군 (iHep+EC)의 유도간세포에서, albumin의 발현 및 vasculature가 형성이 가장 우수함을 알 수 있었다. As a result, as shown in FIG. 39, when the LEM gel according to the present invention was used, the expression of albumin was higher than that in the group using the collagen gel, and the induced hepatic cells and HUVEC In the induced hepatocytes of the iHep + EC group, the expression of albumin and the formation of vasculature were the best.

실시예Example 8.  8. 유도간세포를Induced stem cells 이용한 독성 평가 등의 활용 Utilization of toxicity evaluation

본 실시예에서는, 상기 실시예 7의 과정으로 제조된, 유도간세포 및 HUVEC 세포로 이루어진 세포 덩어리를 이용하여, 약물에 대한 간 독성 평가 및 간 이식을 실시하였다. 구체적으로 간 독성이 있다고 알려진, Acetaminophen (10mM, 20mM) 또는 Alcohol (100mM, 200mM, 600mM)을 유도간세포 배양액에 첨가하여 배양한 뒤, 이로부터 2일 또는 3일 후, live/dead 분석을 실시하였다, 또한, 본 발명의 3차원 지지체 (LEM 겔)로 봉입하기 전, 세포를 DiI 형광 염색을 처리하여 이식된 유도간세포의 tracking이 가능하도록 처리한 후, 이를 간에 이식한 후, 이식 부위로의 생착 여부를 확인하였다. In this example, hepatic toxicity evaluation and liver transplantation were performed on the drug using the cell masses of the induction hepatic cells and the HUVEC cells prepared in the procedure of Example 7 above. Acetaminophen (10 mM, 20 mM) or alcohol (100 mM, 200 mM, 600 mM), which is known to have liver toxicity specifically, was added to the induced hepatocyte culture and cultured for 2 days or 3 days thereafter to perform live / dead analysis In addition, the cells are treated with DiI fluorescence staining to be able to track the transplanted induced hepatocytes before being encapsulated with the three-dimensional support (LEM gel) of the present invention, and then transplanted to the transplantation site, Respectively.

그 결과, 도 40에 나타낸 바와 같이, Acetaminophen (도 40a) 또는 Alcohol (도 40b)의 농도가 증가함에 따라, 사멸하는 유도간세포 (붉은색)의 수가 증가함을 확인할 수 있었는바, 이를 통해 본 시스템은 간 독성 평가에 응용될 수 있는 가능성을 보여주었다. 또한, 도 41에 나타낸 바와 같이, 이식된 유도간세포는 이식 부위에 다량 존재 및 생존하고 있었는바, 간 이식을 위한 기술로도 활용될 수 있음을 보여주었다.As a result, as shown in FIG. 40, it was confirmed that the number of inducing hepatocytes (red color) to die increased as the concentration of acetaminophen (FIG. 40A) or alcohol (FIG. 40B) Showed the possibility of being applied to liver toxicity evaluation. In addition, as shown in Fig. 41, it was shown that the transplanted induced hepatocytes were present and survived in a large amount at the transplantation site, and thus could be utilized as a technique for liver transplantation.

전술한 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 understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (19)

생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질 (Extracellular matrix, ECM)을 포함하는, 직접교차분화 촉진용 조성물.
A composition for promoting direct cross-differentiation, comprising an extracellular matrix (ECM) derived from a tissue isolated from a living body.
제1항에 있어서,
상기 조직은, 뇌 또는 간 조직인 것을 특징으로 하는, 직접교차분화 촉진용 조성물.
The method according to claim 1,
The composition for promoting direct cross-differentiation, wherein the tissue is brain or liver tissue.
제1항에 있어서,
상기 세포외 기질은, 상기 생체로부터 분리된 조직을 탈세포화 (Decellularization) 처리하여 수득하는 것을 특징으로 하는, 직접교차분화 촉진용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the extracellular matrix is obtained by decellularizing a tissue isolated from the living body.
제1항에 있어서,
상기 세포외 기질은, 용해물 형태로 포함되는 것을 특징으로 하는, 직접교차분화 촉진용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the extracellular matrix is contained in the form of a lysate.
제1항의 조성물로 코팅된 표면을 포함하는, 직접교차분화용 배양용기.
A culture vessel for direct cross-differentiation, comprising a surface coated with the composition of claim 1.
제5항에 있어서,
상기 직접교차분화용 배양용기의 표면은, 세포외 기질을 0.005 내지 0.03mg/ml의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는, 직접교차분화용 배양용기.
6. The method of claim 5,
Characterized in that the surface of the culture vessel for direct cross-differentiation comprises an extracellular matrix in a concentration of 0.005 to 0.03 mg / ml.
제1항의 조성물 및 하이드로겔을 포함하는, 직접교차분화용 3차원 지지체.
A three dimensional support for direct crossing differentiation, comprising the composition of claim 1 and a hydrogel.
제7항에 있어서,
상기 직접교차분화용 3차원 지지체는 세포외 기질을 4 내지 16mg/ml의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는, 직접교차분화용 3차원 지지체.
8. The method of claim 7,
Characterized in that said direct crossing differentiation three-dimensional scaffold comprises extracellular matrix at a concentration of 4 to 16 mg / ml.
제7항에 있어서,
상기 하이드로겔은 콜라겐, 히알루론산, 알지네이트, 젤라틴, 폴리에틸렌글라이콜, 키토산, 마트리젤, 코드로이틴 설페이트, 및 셀룰로스로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 직접교차분화용 3차원 지지체.
8. The method of claim 7,
Wherein the hydrogel is selected from the group consisting of collagen, hyaluronic acid, alginate, gelatin, polyethylene glycol, chitosan, matrigel, coderoint sulfate, and cellulose.
생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질로 코팅된 표면을 포함하는 직접교자분화용 배양용기에서, 전사인자가 도입된 체세포를 배양시키는 단계를 포함하는, 신경 또는 간세포로의 직접교차분화방법.
A method for direct crossing differentiation into a neural or hepatocyte, comprising culturing a somatic cell transfected with a transcription factor in a culture container for direct gentle differentiation comprising a surface coated with an extracellular matrix derived from a tissue isolated from a living body.
제10항에 있어서,
상기 조직은, 뇌 또는 간 조직인 것을 특징으로 하는, 직접교차분화방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the tissue is brain or liver tissue.
제10항에 있어서,
상기 직접교차분화용 배양용기의 표면은, 세포외 기질을 0.005 내지 0.03mg/ml의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는, 직접교차분화방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the surface of the culture vessel for direct cross-differentiation comprises an extracellular matrix at a concentration of 0.005 to 0.03 mg / ml.
제10항에 있어서,
상기 체세포는 섬유아세포인 것을 특징으로 하는, 직접교차분화방법.
11. The method of claim 10,
RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the somatic cells are fibroblasts.
생체로부터 분리된 조직 유래의 세포외 기질 및 하이드로겔을 포함하는, 직접교차분화용 3차원 지지체에서, 전사인자가 도입된 체세포를 배양시키는 단계를 포함하는, 신경 또는 간세포로의 직접교차분화방법.
A method for direct differentiation into a neural or hepatocyte, comprising culturing a somatic cell into which a transcription factor has been introduced, in a three-dimensional direct support for cross-differentiation, comprising a tissue-derived extracellular matrix and a hydrogel separated from the living body.
제14항에 있어서,
상기 조직은, 뇌 또는 간 조직인 것을 특징으로 하는, 신경 또는 간세포로의 직접교차분화방법.
15. The method of claim 14,
Wherein said tissue is brain or liver tissue.
제14항에 있어서,
상기 직접교차분화용 3차원 지지체는 세포외 기질을 4 내지 16mg/ml의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는, 직접교차분화방법.
15. The method of claim 14,
Wherein said direct crossing differentiation three-dimensional scaffold comprises extracellular matrix at a concentration of 4 to 16 mg / ml.
제14항에 있어서,
상기 체세포는 섬유아세포인 것을 특징으로 하는, 직접교차분화방법.
15. The method of claim 14,
RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the somatic cells are fibroblasts.
제14항에 있어서,
상기 배양하는 단계는 미세유체 장치 (Microfluidic device) 내에서 배양되는 것을 특징으로 하며,
상기 미세유체 장치는 (a) 상기 직접교차분화용 3차원 지지체와 전사인자가 도입된 체세포가 로딩되는 배양채널; 및 (b) 상기 배양채널과 유체의 이동이 가능한 미세관으로 연결되어 있는 리저버를 포함하는 것인, 직접교차분화방법.
15. The method of claim 14,
The step of culturing is characterized in that it is cultured in a microfluidic device,
The microfluidic device comprises: (a) a culture channel in which the three-dimensional support for direct cross-differentiation and a somatic cell into which a transcription factor is introduced are loaded; And (b) a reservoir connected to the culture channel via a micro-tube capable of fluid movement.
제10항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 직접교차분화된 신경 또는 간 세포를 포함하는, 세포 치료제.
19. A cell therapy agent comprising a neuronal or hepatocyte directly cross-differentiated by the method according to any one of claims 10 to 18.
KR1020170109309A 2016-09-01 2017-08-29 Composition for promoting direct conversion comprising decellularized extracellular matrix and use thereof KR102041360B1 (en)

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