KR20200049669A - Composition for inducing dedifferentiation for insulin producing cells from human induced pluripotent stem cells and method for inducing insulin producing cells using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composition for inducing differentiation for insulin producing cells derived from human induced pluripotent stem cells and a method for inducing insulin producing cells using the same. The composition for inducing differentiation for insulin producing cells derived from human induced pluripotent stem cells of the present invention shortens a differentiation process compared to a conventional technique and increases differentiation efficiency to the insulin producing cells. Also, the composition is composed of a low molecular material, not a protein formulation, such that stability of the composition is improved. Accordingly, the composition can be used for a process for mass producing a cell treatment agent and insulin for treating diabetes.

Description

인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물 및 이를 이용한 인슐린 생성 세포 분화 유도 방법{Composition for inducing dedifferentiation for insulin producing cells from human induced pluripotent stem cells and method for inducing insulin producing cells using the same}Composition for inducing dedifferentiation for insulin producing cells from human induced pluripotent stem cells and method for inducing insulin producing cells using the same}

본 발명은 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물 및 이를 이용한 인슐린 생성 세포 분화 유도 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저분자 물질을 포함하는 인슐린 생성 세포로의 분화 유도용 조성물은 분화 과정을 단축시키면서 인슐린 생성 세포로의 분화 효율을 높일 수 있으므로, 당뇨병 치료를 위한 세포 치료제로 사용될 수 있다. The present invention relates to a composition for inducing human-derived pluripotent stem cell-derived insulin-producing cell differentiation and a method for inducing insulin-producing cell differentiation using the same, and more specifically, a composition for inducing differentiation into insulin-producing cells containing a low molecular substance is a differentiation process. Since it can increase the efficiency of differentiation into insulin-producing cells while shortening, it can be used as a cell therapy for the treatment of diabetes.

당뇨병은 만성적인 고혈당을 가장 중요한 특징으로 하는 질환으로 장기화되면 미세혈관 손상에 기인한 창상 치유 지연, 신경질환, 신부전증, 심장질환, 망막질환 등의 합병증을 유발하여 사회적 경제적 부담을 가중시키는 질환이다. 현재까지 당뇨병을 완치시킬 수 있는 치료법은 없으며 당뇨환자에서 부족한 인슐린을 반복적으로 투여하는 인슐린 강화요법이 오랜 기간 임상에서 활용되어 왔지만 하루에도 수 차례 반복해서 투여해야 하는 불편함이 존재하며, 그럼에도 불구하고 당뇨 합병증을 막을 수 없는 것이 현실이다.Diabetes mellitus is a disease characterized by chronic hyperglycemia as the most important disease, and when prolonged, it causes complications such as delayed wound healing due to microvascular damage, neurological disease, renal failure, heart disease, and retinal disease, thereby increasing the social and economic burden. Until now, there is no treatment to cure diabetes, and insulin-enhancing therapy that repeatedly administers insulin that is insufficient in diabetic patients has been used in clinical practice for a long time, but there is a discomfort that must be repeatedly administered several times a day. The reality is that diabetes complications cannot be prevented.

당뇨병은 원인에 따라 크게 두 가지 형태(제1형, 제2형)로 구분된다. 제1형 당뇨병의 경우 자신의 면역세포가 인슐린 생산 세포를 파괴하여 발생하는 당뇨병으로 인슐린 생산 세포가 부족하여 혈당을 조절하지 못하기 때문에 발생한다. 제2형 당뇨병의 경우 다양한 원인에 의하여 신체 내 장기/조직/세포 등이 인슐린에 대한 저항성을 가지게 되는 것에 기인하는 것으로, 고혈당에 기인한 인슐린 생산 세포의 기능저하 및 소실로 혈당의 조절이 원활하지 않게 되며 결과적으로 고혈당을 보이는 당뇨병 증상과 함께 그에 따른 합병증이 유발된다.Diabetes is largely divided into two types (type 1 and type 2) depending on the cause. In the case of type 1 diabetes, it occurs because one's own immune cells destroy insulin-producing cells, and the insulin-producing cells are insufficient to control blood sugar. In the case of type 2 diabetes, due to various reasons, organs / tissues / cells in the body have resistance to insulin, and blood sugar cannot be controlled smoothly due to dysfunction and loss of insulin-producing cells due to hyperglycemia. As a result, the symptoms of diabetes with high blood sugar and complications are caused.

췌도세포 이식은 당뇨병 치료를 위한 성공적인 전략으로 인식 되어왔다. 그러나 췌장 공유자의 부족으로 당뇨병 치료를 위한 췌도 이식은 그 이용에 한계를 드러내고 있다. 최근 많은 연구들이 줄기세포를 이용한 세포치료제 개발에 중점을 두고 있으며, 대표적인 줄기세포로는 배아 줄기세포와 성체 줄기세포를 들 수 있다. 배아 줄기세포는 체외에서 인슐린을 분비하는 세포로 분화가 가능하며, 이 세포들을 당뇨 쥐에 이식했을 경우 고혈당을 치료할 수 있다는 연구보고들이 있다 (Fujikawa T. et al., Am. J. Pathol ., 166:1781-1791, 2005; D'Amour K.A. et al., Nat. Biotechnol ., 24:1392-1401, 2006). 그러나, 배아 줄기세포는 임상적용에 있어 이식했을 경우 암이 발생할 수 있다는 큰 단점을 가지고 있다.Islet cell transplantation has been recognized as a successful strategy for the treatment of diabetes. However, due to the lack of pancreatic sharers, pancreatic islet transplantation to treat diabetes is limiting its use. Many recent studies have focused on the development of cell therapy products using stem cells, and representative stem cells include embryonic stem cells and adult stem cells. Embryonic stem cells can differentiate into cells that secrete insulin outside the body, and studies have shown that these cells can be used to treat hyperglycemia when transplanted into diabetic rats (Fujikawa T. et al. , Am. J. Pathol . , 166: 1781-1791, 2005; D'Amour KA et al. , Nat. Biotechnol . , 24: 1392-1401, 2006). However, embryonic stem cells have a great disadvantage that cancer can occur when transplanted in clinical applications.

이전의 연구에서 외배엽 기원 전구세포로부터 인슐린을 발현하는 세포로 분화가 가능하다는 보고(Hori Y. et al., PLOS Med., 2:103, 2005)와 췌장관 세포(Pancreatic ductal cells)에서 유래한 상피세포가 췌장의 섬과 같은 구조로 분화가 가능했다는 보고(Bonner-Weir S. et al., Prod. Natl. Acad. Sci., 97:7999-8004, 2000)가 있었으나, 전자의 경우, 신경구 세포주(Neurosphere cell line)를 사용하여 분화를 유도하였으며, 소의 인슐린을 배양액에 첨가하였기 때문에 그 효율성의 입증이 어려우며, 후자의 경우 관 조직(Ductal tissue)에서 얻을 수 있는 줄기세포의 양이 극히 제한적이라는 단점이 있다. 특히, 배아 줄기세포의 경우 인슐린이 포함되어 있는 배양액에서 분화를 유도할 경우, 분비된 인슐린은 배양액에 있는 인슐린을 흡수하여 다시 내놓는다는 보고가 있으며, 이 사실은 이런 세포들이 인슐린이 분비될 때 함께 잘려지는 C-펩타이드를 분비하지 않는다는 결과로 입증되었다 (Rajagopal J. et al., Science, 299:363, 2003; Hansson M. et al., Diabetes, 53:2603-2609, 2004). Previous studies have reported that it is possible to differentiate from ectodermal-derived progenitor cells to insulin-expressing cells (Hori Y. et al. , PLOS Med ., 2: 103, 2005) and pancreatic ductal cells. There have been reports that epithelial cells were able to differentiate into pancreatic islet-like structures (Bonner-Weir S. et al. , Prod. Natl. Acad. Sci. , 97: 7999-8004, 2000), but in the former case, neurospheres Differentiation was induced using a cell line (Neurosphere cell line), and it was difficult to demonstrate its efficiency because bovine insulin was added to the culture medium. In the latter case, the amount of stem cells obtained from the ductal tissue was extremely limited. There are disadvantages. In particular, in the case of embryonic stem cells, when inducing differentiation in the culture medium containing insulin, it is reported that the secreted insulin absorbs and releases the insulin in the culture medium. It was demonstrated as a result of not secreting the truncated C-peptide (Rajagopal J. et al. , Science , 299: 363, 2003; Hansson M. et al. , Diabetes , 53: 2603-2609, 2004).

따라서, 최근 많은 연구들이 배양액에 인슐린을 첨가하지 않고 분화를 유도하는 시도를 하고 있으나 배아줄기세포의 경우, 앞에서 언급한 것과 같이 윤리적인 문제와 암이 발생할 수 있기 때문에 치료의 목적으로 사용하기는 어렵고, 피부에서 유래한 섬유아세포를 이용하여 만능성 줄기세포(induced pluripotent stem cells)를 유도하거나 중간엽 줄기세포를 이용하여 분화를 시도하고 있으나, 인슐린과 C-펩타이드 분비량이 현저히 낮은 문제점이 있다. 이러한 점을 극복하기 위해서, 인슐린 분비세포(insulin-producing cells, IPC)로 분화 가능한 후보자를 찾기 위한 연구가 진행 중이다. Therefore, many studies have recently attempted to induce differentiation without adding insulin to the culture medium, but embryonic stem cells are difficult to use for the purpose of treatment because ethical problems and cancer may occur as mentioned above. , Inducing pluripotent stem cells using fibroblasts derived from the skin, or attempting differentiation using mesenchymal stem cells, but there is a problem in that insulin and C-peptide secretions are remarkably low. To overcome this problem, research is underway to find candidates capable of differentiating into insulin-producing cells (IPC).

유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cells; iPSC)는 자기증식능과 다양한 세포로의 분화능을 가지고 있기 때문에 IPC로의 분화 가능한 세포치료제가 될 수 있다. 최근 연구에 따르면, iPSC는 배아 형성 시기의 분화 단계와 유사한 방법으로 인슐린 분비세포로 분화가 가능함을 보여주었다. 그러나, 분화된 인슐린 분비세포는 낮은 인슐린 분비, 분화된 세포의 다양성, 그리고 테라토마 형성능으로 인해 많은 문제점을 가지고 있다. 따라서 효율적인 인슐린분비세포로 분화를 유도하기 위한 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 줄기세포 또는 전구세포와는 달리, 췌도 베타세포는 정상적 조건에서 증식력이 제한 되어 있다. 하지만 임신, 비만, 췌장절제 같은 특정 조건에서는 베타세포가 증가됨이 보고가 되어 있으며, 호르몬이나 성장인자 같은 외부 자극이 기존 베타세포의 성장과 분화에 필요한 것으로 보인다.Induced pluripotent stem cells (iPSCs) are self-proliferative and capable of differentiating into various cells, and thus can be differentiated cell therapies to IPC. According to a recent study, iPSC showed that it is possible to differentiate into insulin-secreting cells in a manner similar to the stage of differentiation during embryonic formation. However, differentiated insulin-secreting cells have many problems due to low insulin secretion, diversity of differentiated cells, and teratoma-forming ability. Therefore, research has been actively conducted on a method for inducing differentiation into efficient insulin secretory cells. Unlike stem cells or progenitor cells, islet beta cells have limited proliferative capacity under normal conditions. However, it has been reported that beta cells are increased under certain conditions such as pregnancy, obesity, and pancreatic resection, and external stimuli such as hormones and growth factors appear to be necessary for the growth and differentiation of existing beta cells.

이에, 본 발명자들은 인슐린 생성 세포로의 분화 효율이 높은 분화 유도용 조성물을 개발하기 위해 노력한 결과, 저분자 물질(small molecule)이 포함된 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 발명하였으며, 본 발명의 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물은 종래의 기술에 비해 분화 단계 및 분화 기간이 단축되고 분화 효율이 증가한 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have tried to develop a composition for inducing differentiation with high efficiency of differentiation into insulin producing cells, and invented a composition for inducing differentiation of insulin producing cells derived from human induced pluripotent stem cells containing small molecules. , The composition for inducing differentiation of insulin-producing cells of the present invention has been completed by confirming that the differentiation step and differentiation period are shortened and the differentiation efficiency is increased as compared with the prior art.

본 발명의 목적은 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a composition for inducing differentiation of insulin-producing cells derived from human induced pluripotent stem cells.

본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용한 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for inducing differentiation of insulin-producing cells derived from human induced pluripotent stem cells using the composition.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법으로 제조된, 인슐린 생산 췌장 내분비 세포 및 상기 인슐린 생산 췌장 내분비 세포를 유효성분으로 포함하는 당뇨병 치료용 약학적 조성물을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is a pharmaceutical composition for treating diabetes comprising the insulin-producing pancreatic endocrine cell and the insulin-producing pancreatic endocrine cell prepared as a method for inducing differentiation of the human-derived pluripotent stem cell-derived insulin producing cells. To provide.

본 발명이 또 다른 목적은 상기 인슐린 생산 췌장 내분비 세포 유래 인슐린 대량 생산 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for mass production of insulin derived from the insulin-producing pancreatic endocrine cell.

상기 목적을 달성하기 위해서, In order to achieve the above object,

본 발명은, The present invention,

(ⅰ) 액티빈 A(activin A), CHIR99021, B27 및 LY294002을 포함하는 인간 유도만능 줄기세포(human induced pluripotent stem cells; iPSC)로부터 내배엽(definitive endoderm; DE)으로의 분화 유도용 조성물;(Iv) a composition for inducing differentiation from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) including activin A, CHIR99021, B27 and LY294002 to definitive endoderm (DE);

(ⅱ) 액티빈 A(activin A) 및 B27을 포함하는 내배엽 세포로부터 원시 장관(primitive gut tube; PGT)으로의 분화 유도용 조성물;(Ii) a composition for inducing differentiation from endoderm cells including activin A and B27 to a primitive gut tube (PGT);

(ⅲ) B27, 돌소몰핀(dorsomorphin), 레티노산(retinoic acid), SB431542, FR180204 및 SANT-1을 포함하는 원시 장관으로부터 췌장 내배엽(pancreatic endoderm; PE)으로의 분화 유도용 조성물; 및 (Iii) a composition for inducing differentiation of pancreatic endoderm (PE) from the primitive intestinal tract including B27, dorsomorphin, retinoic acid, SB431542, FR180204 and SANT-1; And

(ⅳ) B27, 포스콜린(forskolin), 덱사메타손(dexamethasone) 및 니코틴아미드(nicotinamide)을 포함하는 췌장 내배엽로부터 인슐린 생성 췌장 내분비 세포(endocrine pancrease; EP)로의 분화 유도용 조성물;로 구성된, 인간 유도만능 줄기세포(human induced pluripotent stem cells; iPSC) 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 제공한다.(Iii) B27, a composition for inducing differentiation of pancreatic endoderm, including B27, forskolin, dexamethasone, and nicotinamide to insulin-producing pancreatic endocrine cells (endocrine pancrease; EP). Provided is a composition for inducing differentiation of insulin-producing cells derived from human induced pluripotent stem cells (iPSC).

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 (ⅰ) 단계의 분화 유도용 조성물은 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A, 1 ~ 5 μM CHIR99021, 1 ~ 5% 1X B27, 및 15 ~ 25 μM LY294002을 포함할 수 있으며, 상기 (ⅱ) 단계의 분화 유도용 조성물은 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A 및 1 ~ 5% 1X B27을 포함할 수 있으며, 상기 (ⅲ) 단계의 분화 유도용 조성물은 1 ~ 5% 1X B27, 1 ~ 5 μM 돌소몰핀, 1 ~ 5 μM 레티노산, 5 ~ 15 μM SB431542, 1 ~ 5 μM FR180204 및 0.1 ~ 0.5 μM SANT-1을 포함할 수 있으며, 상기 (ⅳ) 단계의 분화 유도용 조성물은 1 ~ 5% 1X B27, 5 ~ 15 μM 포스콜린, 5 ~ 15 μM 덱사메타손 및 5 ~ 15 μM 니코틴아미드를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the composition for inducing differentiation in step (iii) is 50 to 150 ng / mL activin A, 1 to 5 μM CHIR99021, 1 to 5% 1X B27, and 15 to 25 μM LY294002 The composition for inducing differentiation in step (ii) may include 50 to 150 ng / mL activin A and 1 to 5% 1X B27, and the composition for inducing differentiation in step (iii) 1 to 5% 1X B27, 1 to 5 μM dolsomorphine, 1 to 5 μM retinoic acid, 5 to 15 μM SB431542, 1 to 5 μM FR180204 and 0.1 to 0.5 μM SANT-1, and may include (i) The composition for inducing differentiation of the step may include 1 to 5% 1X B27, 5 to 15 μM forskolin, 5 to 15 μM dexamethasone, and 5 to 15 μM nicotinamide.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 인간 유도만능 줄기세포는 섬유아세포(fibroblast) 유래이며, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc 및 SSEA4이 세포 표면에 발현 될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the human induced pluripotent stem cells are derived from fibroblasts, and Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc and SSEA4 can be expressed on the cell surface.

본 발명은 또한, 상기 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 유효성분으로 포함하는 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도 배지를 제공한다. The present invention also provides a human induced pluripotent stem cell derived insulin producing cell differentiation induction medium comprising the composition for inducing human induced pluripotent stem cell derived insulin producing cell differentiation as an active ingredient.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 배지는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM(Minimal Essential Medium), 임프루브드 MEM(improved MEM), BME(Basal Medium Eagle), RPMI 1640(Roswell Park Memorial Institute medium 1640), 어드밴스드 RPMI 1640(Advanced RPMI1640), F-10, F-12, DMEM-F12, α-MEM(α-Minimal Essential Medium), G-MEM(Glasgow's Minimal Essential Medium) 및 IMDM(Iscove's Modified Dulbecco's Medium)으로 구성된 군으로부터 선택되는 배지를 포함할 수 있다.In one embodiment of the invention, the medium is DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM (Minimal Essential Medium), Improved MEM (improved MEM), BME (Basal Medium Eagle), RPMI 1640 (Roswell Park Memorial Institute medium 1640), Advanced RPMI 1640 (Advanced RPMI1640), F-10, F-12, DMEM-F12, α-MEM (α-Minimal Essential Medium), G-MEM (Glasgow's Minimal Essential Medium) and IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's) Medium) may include a medium selected from the group consisting of.

본 발명은 또한, The present invention also

(a) 인간 유도만능 줄기세포를 액티빈 A(activin A), CHIR99021, B27 및 LY294002이 포함된 배지에서 배양하여 내배엽으로 분화를 유도하는 단계;(a) inducing differentiation into endoderm by culturing human induced pluripotent stem cells in a medium containing activin A, CHIR99021, B27 and LY294002;

(b) 상기 (a) 단계에서 분화 유도된 내배엽을 액티빈 A(activin A) 및 B27이 포함된 배지에서 배양하여 원시 장관으로 분화를 유도하는 단계;(b) inducing differentiation into the primitive intestine by culturing the differentiation-derived endoderm in the medium containing activin A and B27 in step (a);

(c) 상기 (b) 단계에서 분화 유도된 원시 장관을 B27, 돌소몰핀(dorsomorphin), 레티노산(retinoic acid), SB431542, FR180204 및 SANT-1이 포함된 배지에서 배양하여 췌장 내배엽으로 분화를 유도하는 단계; 및(c) The differentiation-induced primitive intestinal tract in step (b) is cultured in a medium containing B27, dorsomorphin, retinoic acid, SB431542, FR180204 and SANT-1 to induce differentiation into pancreatic endoderm. To do; And

(d) 상기 (c) 단계에서 분화 유도된 췌장 내배엽을 B27, 포스콜린(forskolin), 덱사메타손(dexamethasone) 및 니코틴아미드(nicotinamide)이 포함된 배지에서 배양하여 인슐린 생성 가능한 췌장 내분비 세포로 분화를 유도하는 단계;를 포함하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법을 제공한다. (d) Inducing differentiation into pancreatic endocrine cells capable of producing insulin by culturing the differentiation-induced pancreatic endoderm in the medium containing B27, forskolin, dexamethasone, and nicotinamide in step (c). It provides a method for inducing differentiation of human-derived pluripotent stem cell-derived insulin-producing cells.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 인간 유도만능 줄기세포를 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A, 1 ~ 5 μM CHIR99021, 1 ~ 5% 1X B27, 및 15 ~ 25 μM LY294002이 포함된 배지에서 배양하여 내배엽으로 분화를 유도하며, 상기 (b) 단계는 내배엽을 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A 및 1 ~ 5% 1X B27이 포함된 배지에서 배양하여 원시 장관으로 분화를 유도하며, 상기 (c) 단계는 원시 장관을 1 ~ 5% 1X B27, 1 ~ 5 μM 돌소몰핀, 1 ~ 5 μM 레티노산, 5 ~ 15 μM SB431542, 1 ~ 5 μM FR180204 및 0.1 ~ 0.5 μM SANT-1이 포함된 배지에서 배양하여 췌장 내배엽으로 분화를 유도하며, 상기 (d) 단계는 췌장 내배엽을 1 ~ 5% 1X B27, 5 ~ 15 μM 포스콜린, 5 ~ 15 μM 덱사메타손 및 5 ~ 15 μM 니코틴아미드가 포함된 배지에서 배양하여 인슐린 생성 가능한 췌장 내분비 세포로 분화를 유도할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step (a) is human induced pluripotent stem cells 50 ~ 150 ng / mL activin A, 1 ~ 5 μM CHIR99021, 1 ~ 5% 1X B27, and 15 ~ 25 μM LY294002 Incubation in the medium containing this induces differentiation into the endoderm, and step (b) incubates the endoderm in a medium containing 50 to 150 ng / mL activin A and 1 to 5% 1X B27 to differentiate into the native intestinal tract. Induction, the step (c) is 1 ~ 5% 1X B27, 1 ~ 5 μM dolsomorphine, 1 ~ 5 μM retinoic acid, 5 ~ 15 μM SB431542, 1 ~ 5 μM FR180204 and 0.1 ~ 0.5 μM SANT Cultured in a medium containing -1 to induce differentiation into pancreatic endoderm, step (d) comprises 1 to 5% 1X B27, 5 to 15 μM forskolin, 5 to 15 μM dexamethasone and 5 to 15 μM in step (d). Incubation in a medium containing nicotinamide can induce differentiation into pancreatic endocrine cells capable of producing insulin.

본 발명은 또한, 상기 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법으로 제조된, 인슐린 생산 췌장 내분비 세포 또는 내분비 응집체를 제공한다.The present invention also provides an insulin-producing pancreatic endocrine cell or an endocrine aggregate produced by the method for inducing differentiation of the human-derived pluripotent stem cell-derived insulin producing cells.

본 발명은 또한, 상기 인슐린 생산 췌장 내분비 세포 또는 내분비 응집체를 유효성분으로 포함하는 당뇨병 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for the treatment of diabetes comprising the insulin-producing pancreatic endocrine cells or endocrine aggregates as an active ingredient.

본 발명은 또한, (a) 상기 인슐린 생산 췌장 내분비 세포 또는 내분비 응집체를 배양하는 단계; 및The present invention also, (a) culturing the insulin-producing pancreatic endocrine cells or endocrine aggregates; And

(b) 상기 (a) 단계의 배양에 의한 배양물로부터 인슐린을 분리하는 단계를 포함하는, 인슐린의 대량 생산 방법을 제공한다.(b) comprising the step of separating insulin from the culture by the culture of step (a), provides a method for mass production of insulin.

본 발명의 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물은 종래 기술에 비해 분화 과정을 단축시키면서 인슐린 생성 세포로의 분화 효율을 높일 수 있으며, 단백질 제제가 아닌 저분자 물질로 구성되어, 조성물의 안정성이 향상되는 장점이 있으므로, 당뇨병 치료를 위한 세포 치료제 및 인슐린 대량 생산을 위한 공정에 사용될 수 있다. The composition for inducing human-derived pluripotent stem cell-derived insulin-producing cell differentiation of the present invention can increase the efficiency of differentiation into insulin-producing cells while shortening the differentiation process compared to the prior art, and is composed of a low-molecular substance rather than a protein preparation. Since it has the advantage of improving stability, it can be used in cell therapeutics for the treatment of diabetes and processes for mass production of insulin.

도 1은 인슐린 생성 세포 분화 유도 조성물에 사용되는 저분자 물질의 기전을 나타난 모식도이다.
도 2는 인간 유도만능 줄기세포가 가지는 주요 유전자 발현의 확인과 분화능을 확인한 데이터이다 (A: 현미경으로 인간 유도만능 줄기세포의 군집 형성 모양 관찰, B ~ E: 유도만능 줄기세포에서 Oct4(B), Nanog(C), Sox2(D), SSEA4(E) 발현 유무 확인, F: 면역결핍된 생쥐 피하에 유도만능줄기세포를 이식 후 기형종이 형성되었으며, 기형종 단면의 조직학적 변이를 검사한 결과 외분비, 내분비, 중배엽이 생성된 것을 확인함).
도 3은 인간 유도만능 줄기세포로부터 내배엽으로 분화 유도 조성물의 구성에 따른 분화효율을 확인하기 위해 내배엽 마커(Sox17, FoxA2, CXCR4)의 발현정도를 면역세포화학염색(A) 및 PCR 분석(B)을 통해 확인한 데이터이다.
도 4는 원시 장관으로부터 췌장 내배엽 (pancreatic endoderm; PE)으로의 분화 유도용 조성물의 구성에 따른 분화효율을 확인한 데이터이다 (A: 현미경으로 세포 분화 정도 관찰, B: 최종 분화 유도 배양 5일째 인슐린 생성 정도 확인, C: 최종 분화 유도 배양 8일째 인슐린 생성 정도 확인, D: 최종 분화 유도 배양 12일째 인슐린 생성 정도 확인, E: 최종 분화 단계 완료 후 글루코오스 자극 인슐린 분비능(glucose stimulated insulin secretion; GSIS) 확인).
도 5는 본 발명의 인슐린 생성 세포 분화 유도 조성물을 이용하여 분화된 인슐린 생성 세포에서 생성된 인슐린(insulin), 글루카곤(glucagon) 및 Pdx-1을 면역세포화학염색을 통해 확인한 데이터이다.
도 6은 본 발명의 인슐린 생성 세포 분화 유도 조성물을 이용하여 분화된 인슐린 생성 세포의 인슐린(insulin) 및 글루카곤(glucagon) 분비 정도 및 Ngn3 전사 인자의 발현 정도를 FACS로 분석한 데이터이다.
도 7은 본 발명의 인슐린 생성 세포 분화 유도 조성물을 이용하여 분화된 인슐린 생성 세포의 췌장 관련 전자인자의 발현 정도를 PCR으로 분석한 데이터이다.
도 8은 최종 분화 단계 후 분화된 인슐린 생성 세포를 스페로이드 형태(spheroid form)로 배양한 데이터이다 (A: 현미경으로 형성된 스페로이드 형태 관찰, B: 스페로이드 형태에서 분비된 인슐린 및 글루카곤을 면역세포화학염색을 통해 관찰, C: 배양 배지 조성 및 기간에 따른 C-펩타이드 분비 양을 ELISA 방법으로 확인).
도 9는 본 발명의 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도 과정 및 분화 유도 조성물을 나타낸 모식도이다.
도 10은 각각의 분화 프로토콜에 따라 배양하였을 때, 최종 분화 단계 후 분화된 인슐린 생성 세포에서 생성된 인슐린(insulin) 및 글루카곤(glucagon)을 면역세포화학염색을 통해 확인한 데이터이다.
도 11은 각각의 분화 프로토콜에 따라 배양하였을 때, 최종 분화 단계 후 분화된 인슐린 생성 세포에서 생성된 인슐린(insulin) 및 글루카곤(glucagon)을 면역세포화학염색을 통해 확인한 데이터이다.
도 12는 각각의 분화 프로토콜에 따라 배양하였을 때, 최종 분화 단계 후 분화된 인슐린 생성 세포 및 글루카곤 생성 세포의 분화율을 FACS로 분석한 데이터이다.
1 is a schematic diagram showing the mechanism of a low-molecular substance used in an insulin-producing cell differentiation-inducing composition.
Figure 2 is data confirming the identification and differentiation of the major gene expression of human induced pluripotent stem cells (A: microscopic observation of the formation pattern of human induced pluripotent stem cells, B ~ E: Oct4 (B) in induced pluripotent stem cells , Nanog (C), Sox2 (D), SSEA4 (E) expression, F: Implantation of induced pluripotent stem cells subcutaneously in immunodeficient mice resulted in teratoma formation, and histological cross-sectional histological changes were examined. Confirm that exocrine, endocrine, and mesoderm were formed).
Figure 3 shows the degree of expression of endoderm markers (Sox17, FoxA2, CXCR4) in order to confirm the differentiation efficiency according to the composition of the differentiation-inducing composition from human induced pluripotent stem cells to endoderm, immunocytochemical staining (A) and PCR analysis (B). It is the data confirmed through.
Figure 4 is data confirming the differentiation efficiency according to the composition of the composition for inducing differentiation from the primitive intestinal tract to pancreatic endoderm (PE) (A: microscopic observation of cell differentiation, B: insulin production on the 5th day of final differentiation induction culture) Checking the degree, C: Checking the degree of insulin production on the 8th day of the final differentiation induction culture, D: Checking the degree of insulin production on the 12th day of the final differentiation induction culture, E: Checking the glucose stimulated insulin secretion (GSIS) after the final differentiation step is completed) .
FIG. 5 is data confirming insulin, glucagon, and Pdx-1 produced by differentiated insulin-producing cells using the insulin-producing cell differentiation-inducing composition of the present invention through immunocytochemical staining.
6 is FACS analysis of insulin (ginsulin) and glucagon (glucagon) secretion level and expression level of Ngn3 transcription factor of insulin-producing cells differentiated using the insulin-inducing cell differentiation-inducing composition of the present invention.
7 is a data analyzed by PCR of the expression level of pancreatic-related electron factors of differentiated insulin-producing cells using the composition for inducing differentiation of insulin-producing cells of the present invention.
FIG. 8 is data obtained by culturing differentiated insulin-producing cells in a spheroid form after the final differentiation step (A: observation of a spheroid form formed under a microscope, B: insulin and glucagon secreted from the spheroid form) Observed through chemical staining, C: The amount of C-peptide secretion according to the culture medium composition and period was confirmed by ELISA method).
9 is a schematic diagram showing a process for inducing differentiation and differentiation induction of insulin producing cells derived from human induced pluripotent stem cells of the present invention.
FIG. 10 shows data obtained by immunocytochemical staining of insulin and glucagon produced in differentiated insulin producing cells after the final differentiation step when cultured according to each differentiation protocol.
FIG. 11 shows data obtained by immunocytochemical staining of insulin and glucagon generated in differentiated insulin producing cells after the final differentiation step when cultured according to each differentiation protocol.
12 is a data analyzed by FACS differentiation rate of differentiated insulin-producing cells and glucagon-producing cells after the final differentiation step when cultured according to each differentiation protocol.

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

상술한 바와 같이, 유도만능 줄기세포 또는 성체줄기세포를 이용하여 인슐린 생성 세포로의 분화를 유도하는 연구가 이루어지고 있으나, 여전히 인슐린 및 C-펩타이드 분비량이 현저히 낮은 문제점이 있다.As described above, studies have been conducted to induce differentiation into insulin producing cells using induced pluripotent stem cells or adult stem cells, but there are still problems in that insulin and C-peptide secretions are remarkably low.

이에, 본 발명자들은 인슐린 생성 세포로의 분화 효율이 높은 분화 유도용 조성물을 개발하기 하고자 하였다. 다양한 저분자 물질(small molecule)이 포함된 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 제조하였으며, 이를 이용하여 유도만능 줄기세포로부터 인슐린 생성 세포로 분화를 유도한 결과, 종래의 기술에 비해 분화 단계 및 분화 기간이 단축되고 분화 효율이 증가한 것을 확인하였다.Accordingly, the present inventors tried to develop a composition for inducing differentiation with high efficiency of differentiation into insulin producing cells. A composition for inducing human-derived pluripotent stem cell-derived insulin-producing cell differentiation containing various small molecule substances was prepared, and as a result of inducing differentiation from inducing pluripotent stem cell to insulin-producing cells, compared to a conventional technique It was confirmed that the differentiation step and differentiation period were shortened and the differentiation efficiency increased.

따라서, 본 발명은, (ⅰ) 액티빈 A(activin A), CHIR99021, B27 및 LY294002을 포함하는 인간 유도만능 줄기세포(human induced pluripotent stem cells; iPSC)로부터 내배엽(definitive endoderm; DE)으로의 분화 유도용 조성물;Thus, the present invention, (i) activin A (activin A), CHIR99021, B27 and LY294002 human induced pluripotent stem cells (iPSC) from the endoderm (definitive endoderm; DE) differentiation Composition for induction;

(ⅱ) 액티빈 A(activin A) 및 B27을 포함하는 내배엽 세포로부터 원시 장관(primitive gut tube; PGT)으로의 분화 유도용 조성물;(Ii) a composition for inducing differentiation from endoderm cells including activin A and B27 to a primitive gut tube (PGT);

(ⅲ) B27, 돌소몰핀(dorsomorphin), 레티노산(retinoic acid), SB431542, FR180204 및 SANT-1을 포함하는 원시 장관으로부터 췌장 내배엽(pancreatic endoderm; PE)으로의 분화 유도용 조성물; 및 (Iii) a composition for inducing differentiation of pancreatic endoderm (PE) from the primitive intestinal tract including B27, dorsomorphin, retinoic acid, SB431542, FR180204 and SANT-1; And

(ⅳ) B27, 포스콜린(forskolin), 덱사메타손(dexamethasone) 및 니코틴아미드(nicotinamide)을 포함하는 췌장 내배엽로부터 인슐린 생성 췌장 내분비 세포(endocrine pancrease; EP)로의 분화 유도용 조성물;로 구성된, 인간 유도만능 줄기세포(human induced pluripotent stem cells; iPSC) 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 제공한다. (Iii) B27, a composition for inducing differentiation of pancreatic endoderm, including B27, forskolin, dexamethasone, and nicotinamide to insulin-producing pancreatic endocrine cells (endocrine pancrease; EP). Provided is a composition for inducing differentiation of insulin-producing cells derived from human induced pluripotent stem cells (iPSC).

본 발명에서 "만능줄기세포"는 생체를 구성하는 3가지 배엽(germ layer), 즉 내배엽(endoderm), 중배엽(mesoderm), 외배엽(ectoderm) 모두로 분화할 수 있는 만능성을 지닌 줄기세포를 말한다. 본 발명에서는 유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cells; iPSC)를 사용하였으며, 유도만능 줄기세포는 특정한 유전자를 인위적으로 발현시켜 비만능세포인 성체체세포를 유도하여 인공적으로 만들어진 만능줄기세포로, 배아줄기세포와 같은 자연적인 만능줄기세포와 많은 면이 비슷한 것으로 알려져 있다."Pluripotent stem cells" in the present invention refers to stem cells having pluripotency capable of differentiating into all three germ layers constituting the living body, that is, endoderm, mesoderm, and ectoderm. . In the present invention, induced pluripotent stem cells (iPSC) were used, and induced pluripotent stem cells are artificially made pluripotent stem cells that artificially express specific genes to induce adult cells, which are non-potent cells, and embryonic stem cells. In many ways, it is known to be similar to natural pluripotent stem cells such as cells.

본 발명에서 사용된 용어 "분화(differentiation)"는 세포가 분열 증식하여 성장하는 동안에 서로 구조나 기능이 특수화하는 현상, 즉 생물의 세포, 조직 등이 각각에게 주어진 일을 수행하기 위하여 형태나 기능이 변해가는 것을 말한다.The term "differentiation" used in the present invention is a phenomenon in which structures or functions of each other are specialized during cell division and growth, that is, the form or function of cells or tissues of an organism to perform a task given to each. It means changing.

구체적으로는, Specifically,

상기 (ⅰ) 단계의 분화 유도용 조성물은 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A, 1 ~ 5 μM CHIR99021, 1 ~ 5% 1X B27, 및 15 ~ 25 μM LY294002가 포함되도록, 상기 (ⅱ) 단계의 분화 유도용 조성물은 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A 및 1 ~ 5% 1X B27가 포함되도록, 상기 (ⅲ) 단계의 분화 유도용 조성물은 1 ~ 5% 1X B27, 1 ~ 5 μM 돌소몰핀, 1 ~ 5 μM 레티노산, 5 ~ 15 μM SB431542, 1 ~ 5 μM FR180204 및 0.1 ~ 0.5 μM SANT-1이 포함되도록, 상기 (ⅳ) 단계의 분화 유도용 조성물은 1 ~ 5% 1X B27, 5 ~ 15 μM 포스콜린, 5 ~ 15 μM 덱사메타손 및 5 ~ 15 μM 니코틴아미드가 포함되도록, 기본 배양 배지에 첨가될 수 있다. The composition for inducing differentiation in step (iii) includes 50 to 150 ng / mL activin A, 1 to 5 μM CHIR99021, 1 to 5% 1X B27, and 15 to 25 μM LY294002, in step (ii). The composition for inducing differentiation so that 50 to 150 ng / mL activin A and 1 to 5% 1X B27 are included, the composition for inducing differentiation in step (i) is 1 to 5% 1X B27, 1 to 5 μM dolsomorphine, The composition for inducing differentiation in step (iii) is 1-5% 1X B27, 5 ~, so that 1-5 μM retinoic acid, 5-15 μM SB431542, 1-5 μM FR180204 and 0.1-0.5 μM SANT-1 are included. It can be added to the base culture medium to include 15 μM forskolin, 5 to 15 μM dexamethasone and 5 to 15 μM nicotinamide.

상기 기본 배양 배지는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM(Minimal Essential Medium), 임프루브드 MEM(improved MEM), BME(Basal Medium Eagle), RPMI 1640(Roswell Park Memorial Institute medium 1640), 어드밴스드 RPMI 1640(Advanced RPMI1640), F-10, F-12, DMEM-F12, α-MEM(α-Minimal Essential Medium), G-MEM(Glasgow's Minimal Essential Medium) 및 IMDM(Iscove's Modified Dulbecco's Medium)으로 구성된 군으로부터 선택되는 배지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 만능줄기세포를 인슐린 생성 세포로 분화 유도 및 생존을 지지할 수 있는 배지는 제한없이 사용 가능하다.The basic culture medium is Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), Minimal Essential Medium (MEM), Improved MEM (MEM), Basal Medium Eagle (BME), Roswell Park Memorial Institute medium 1640 (RPMI 1640), Advanced RPMI 1640 (Advanced RPMI1640), F-10, F-12, DMEM-F12, α-MEM (α-Minimal Essential Medium), G-MEM (Glasgow's Minimal Essential Medium) and IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium) The medium may include, but is not limited to, a medium capable of supporting differentiation induction and survival of pluripotent stem cells into insulin-producing cells can be used without limitation.

도 1은 인슐린 생성 세포 분화 유도 조성물에 사용되는 저분자 물질의 기전을 나타난 모식도로, 본 발명에서는 기존에 알려진 저분자 물질들의 조성, 농도 및 처리기간을 조절하여, 인슐린 생성 세포로의 분화율을 높이고자 하였다. 1 is a schematic diagram showing the mechanism of a low-molecular substance used in an insulin-producing cell differentiation-inducing composition, and in the present invention, the composition, concentration, and treatment duration of known low-molecular substances are adjusted to increase the differentiation rate into insulin-producing cells. Did.

분화 유도용 조성물이 단백질일 경우, 산업화 시 경제적 비용이 많이 들며 임상 적용시 조성물의 안정성에 문제가 생길 수 있는 문제점이 있으나, 저분자 물질의 경우, 적은 경제적 비용과 조성물의 안정성을 보장할 수 있는 장점이 있다.When the composition for inducing differentiation is a protein, there is a problem in that it is costly in industrialization and has problems in stability of the composition in clinical applications, but in the case of a low-molecular substance, there is a small economic cost and an advantage in ensuring stability of the composition There is this.

도 1에 나타난 바와 같이, CHIR99021 및 LY294002 성분은 유도만능 줄기세포로부터 내배엽으로의 분화를 촉진하는 역할을 수행한다. 내배엽으로부터 췌장 전구세포로의 분화 과정에서 돌소몰핀은 BMP/AMPK 경로를 억제하고, SB431542는 ALK/NODAL 시그널을, FR180204는 ERK 시그널을, SANT-1은 헤지호그(hedgehog) 시그널을 억제하여 췌장 전구세포로 분화 효율을 높이게 된다. 또한, FGF-2, FGF-10 및 레티노산은 췌장 전구세포로의 분화를 촉진하는 역할을 수행한다. As shown in FIG. 1, the components CHIR99021 and LY294002 serve to promote differentiation from induced pluripotent stem cells to endoderm. In the process of differentiation from endoderm to pancreatic progenitor cells, dolsomorphine inhibits the BMP / AMPK pathway, SB431542 suppresses the ALK / NODAL signal, FR180204 suppresses the ERK signal, and SANT-1 suppresses the hedgehog signal to suppress pancreatic progenitors. Cells increase the efficiency of differentiation. In addition, FGF-2, FGF-10 and retinoic acid serve to promote differentiation into pancreatic progenitor cells.

본 발명에 있어서, 상기 인간 유래 유도만능 줄기세포(human induced pluripotent stem cells; iPSC)는 섬유아세포(fibroblast) 유래이며, Oct4, Nanog, Sox2 및 SSEA4이 발현되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the human induced pluripotent stem cells (iPSC) are derived from fibroblasts, and may be characterized in that Oct4, Nanog, Sox2 and SSEA4 are expressed.

본 발명의 구체적인 일실시예에서, 인간 유도만능 줄기세포가 가지는 주요 유전자 발현의 확인과 분화능을 확인한 결과, iPSC 핵에서 Oct4, Nanog 및 Sox2의 특정 마커가 발현되는 것을 확인하였으며, iPSC의 대표적인 세포 표면 마커 중 하나인 SSEA4이 발현되는 것을 확인하였다. 또한, Klf4 및 c-Myc도 발현되는 것을 확인하였다.In a specific embodiment of the present invention, as a result of confirming the identification and differentiation ability of major gene expression of human induced pluripotent stem cells, it was confirmed that specific markers of Oct4, Nanog and Sox2 are expressed in the iPSC nucleus, and representative cell surface of iPSC It was confirmed that SSEA4, one of the markers, was expressed. In addition, it was confirmed that Klf4 and c-Myc were also expressed.

테레토마 분석(teratoma analysis)을 수행한 결과, 마우스에 이식된 iPSC는 40 일 동안 조직의 고형 덩어리(기형종)로 자라났으며 표면은 다양한 형태의 조직 클러스터를 나타내었다. 또한, 형성된 기형종 단면의 조직학전 변이를 검사한 결과, 내배엽, 외배엽 및 중배엽의 대표적인 조직이 확인되었다. 이를 바탕으로 본 발명에서 사용한 iPSC가 인슐린 생성 세포로의 분화능을 포함하여 다분화능을 가지고 있음을 확인하였다.As a result of performing teratoma analysis, iPSCs transplanted into mice grew into solid masses (teratomas) of tissues for 40 days, and the surface showed various types of tissue clusters. In addition, as a result of examining histological variations of the formed teratoma cross section, representative tissues of endoderm, ectoderm and mesoderm were identified. Based on this, it was confirmed that the iPSC used in the present invention has polydifferentiation ability, including the ability to differentiate into insulin producing cells.

본 발명의 구체적인 일실시예에서, 인간 유도만능 줄기세포로부터 내배엽으로 분화 유도 조성물의 구성에 따른 분화효율 확인하고자 하였다. 도 3에 나타난 바와 같이, 액티빈 A, Ly294002 및 CHIR99021를 조합하여 분화 초기 단계인 내배엽(definitive endoderm)으로의 분화 효율을 확인한 결과, 저분자 물질을 단독으로 처리한 그룹보다 액티빈 A, Ly294002 및 CHIR99021을 모두 처리한 그룹에서 내배엽 마커인 Sox17, FoxA2 및 CXCR4) 발현정도가 가장 높은 것을 확인하였다. In a specific embodiment of the present invention, to determine the differentiation efficiency according to the composition of the differentiation-inducing composition from human induced pluripotent stem cells to endoderm. As shown in FIG. 3, as a result of confirming the differentiation efficiency to definitive endoderm, an early stage of differentiation, by combining activin A, Ly294002, and CHIR99021, activin A, Ly294002, and CHIR99021 were compared to the group treated with low-molecular substances alone. It was confirmed that the expression level of the endoderm markers Sox17, FoxA2 and CXCR4) was highest in the group treated with.

따라서, 본 발명에서는 유도만능 줄기세포에서 내배엽으로의 분화 유도과정에는 저분자 물질 중 액티빈 A, Ly294002 및 CHIR99021을 모두 처리하고, 내배엽에서 원시 장관으로의 분화 유도 과정에서는 액티빈 A만 단독으로 처리하고자 하였다.Therefore, in the present invention, in the process of inducing differentiation from induced pluripotent stem cells to endoderm, all of activin A, Ly294002 and CHIR99021 among low molecular substances are treated, and in the process of inducing differentiation from endoderm to primitive intestinal tract, only activin A is to be treated alone. Did.

본 발명의 구체적인 다른 일실시예에서, 원시 장관으로부터 췌장 내배엽 (pancreatic endoderm; PE)으로의 분화 유도용 조성물의 구성에 따른 분화효율을 확인하고자 하였다. 도 4에 나타난 바와 같이, 원시 장관에서 췌장 내배엽으로 분화 유도는 총 6일간 수행하였으며, 기본 분화조건(돌소몰핀, 레티노산 및 SB431542)에 추가적으로 FGF-2, FR180204 및 SANT-1을 조합하여 분화 유도를 수행하였다. 최종적으로 췌장 내분비 세포로 분화를 유도하여 상기 조건에 따른 분화효율을 확인한 결과, SANT-1 만 추가적으로 처리한 그룹과 FGF-2, FR180204 및 SANT-1 모두 추가적으로 처리한 그룹의 배양액 내 인슐린 농도가 가장 높은 것을 확인하였다. In another specific embodiment of the present invention, to determine the differentiation efficiency according to the composition of the composition for inducing differentiation from the primitive intestinal tract to pancreatic endoderm (PE). As shown in FIG. 4, induction of differentiation from the primitive intestinal tract to pancreatic endoderm was performed for a total of 6 days, and in addition to basic differentiation conditions (dolsomorphine, retinoic acid, and SB431542), FGF-2, FR180204, and SANT-1 were combined to induce differentiation. Was performed. As a result of inducing differentiation into pancreatic endocrine cells and confirming the differentiation efficiency according to the above conditions, the insulin concentration in the culture medium of the group additionally treated with SANT-1 and FGF-2, FR180204 and SANT-1 was the highest. It was confirmed that it was high.

상기 FGF-2, FR180204 및 SANT-1 모두 추가적으로 처리한 그룹을 이용하여 분화된 인슐린 생성 세포에서 생성된 인슐린(insulin), 글루카곤(glucagon) 및 Pdx-1 발현정도를 확인한 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 췌장 내분비 세포로의 분화 유도 11일차에 인슐린/글루카곤을 발현하는 세포를 면역염색으로 확인하였으며, 인슐린/Pdx-1을 발현하는 세포도 확인하였다. 전체 분화된 세포의 인슐린(insulin) 및 글루카곤(glucagon) 분비 정도 및 Ngn3 전사 인자의 발현 정도를 FACS로 분석한 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 인슐린 분비 세포는 38.1%, 글루카곤 발현 세포는 23.0%, Ngn3 발현 세포는 66.7%인 것을 확인하였다. As a result of confirming the expression level of insulin, glucagon, and Pdx-1 produced in differentiated insulin-producing cells using groups additionally treated with FGF-2, FR180204, and SANT-1, as shown in FIG. 5. Similarly, on day 11 of induction of differentiation into pancreatic endocrine cells, cells expressing insulin / glucagon were identified by immunostaining, and cells expressing insulin / Pdx-1 were also confirmed. As a result of FACS analysis of the level of insulin and glucagon secretion and the expression level of Ngn3 transcription factor in all differentiated cells, as shown in FIG. 6, insulin secreted cells 38.1%, glucagon expressing cells 23.0% , Ngn3 expressing cells were confirmed to be 66.7%.

본 발명의 구체적인 또 다른 일실시예에서는, 상기 방법으로 최종적으로 분화 유도한 췌장 내분비 세포를 스페로이드 형태로 만들기 위해 부양 배양을 수행하였다. 도 8A에 나타난 바와 같이, 부양 배양 1일 후부터 작은 스페로이드 형태가 형성되며, 배양 5일 후에는 사이즈가 커진 스페로이드 형태를 관찰하였다. 또한, 도 8B에 나타난 바와 같이, 형성된 스페로이드 형태를 면역염색한 결과, 인슐린/글루카곤을 발현하는 다량의 세포가 있음을 확인하였다. 또한, 도 8C에 나타난 바와 같이, 스페로이드 형태로 배양하였을 때, 배양 배지 조성 및 기간에 따른 C-펩타이드 분비 양을 확인한 결과, 스페로이드 형태로 지속적으로 배양 시 기존의 분화 4단계 배양액 보다는 췌도세포 배양액인 CMRL 1644 배양액으로 배양하였을 때, C-펩타이드의 분비는 낮게 나타났지만, 배양 7일 까지는 안정을 유지하는 것을 확인하였다.In another specific embodiment of the present invention, flotation culture was performed to make the pancreatic endocrine cells finally induced in differentiation by the above method in a spheroid form. As shown in FIG. 8A, a small spheroid form was formed from 1 day after flotation culture, and a spheroid form with a larger size was observed after 5 days of culture. In addition, as shown in Figure 8B, as a result of immunostaining the formed spheroid form, it was confirmed that there is a large amount of cells expressing insulin / glucagon. In addition, as shown in Figure 8C, when cultured in a spheroid form, as a result of confirming the amount of C-peptide secretion according to the composition and duration of the culture medium, when continuously cultured in a spheroid form, islet cells rather than the existing differentiation 4-step culture solution When cultured with the culture medium, CMRL 1644, the secretion of C-peptide appeared low, but it was confirmed that it remained stable until 7 days of culture.

본 발명에서는 상기 결과에 따라, 도 9에 나타난 바와 같이, 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 확립하였다.In the present invention, according to the above results, as shown in Figure 9, was established a composition for inducing pluripotent stem cell-derived insulin-producing cell differentiation.

본 발명의 구체적인 또 다른 일실시예에서는, 초기 분화 조건(프로토콜 A) 및 본 발명의 분화 유도 조건(프로코콜 B)에 따른 유도만능 줄기세포에서 인슐린 생성 세포로 분화 효율을 확인하고자 하였다. In another specific embodiment of the present invention, it was intended to confirm the differentiation efficiency from induced pluripotent stem cells to insulin producing cells according to the initial differentiation condition (Protocol A) and the differentiation induction condition (Prococol B) of the present invention.

도 10에 나타난 바와 같이, 최종 분화 단계 후 배양액 내에서 생성된 C-펩타이드 분비 양을 확인한 결과, 프로토콜 A의 경우 6.5 ng/㎖이 검출된 반면, 향상된 프로코톨 B의 경우 37.5ng/㎖이 검출되었으며, 본 발명에서 확립한 조건(프로토콜 B)이 약 5.7배 C-펩타이드 분비가 증가한 것을 확인하였다.As shown in FIG. 10, after confirming the amount of C-peptide secretion generated in the culture medium after the final differentiation step, 6.5 ng / ml was detected in the case of Protocol A, while 37.5 ng / ml was detected in the case of enhanced Procotol B. It was confirmed that the conditions established in the present invention (protocol B) increased about 5.7 times C-peptide secretion.

도 11에 나타난 바와 같이, 최종 분화 단계 후 분화된 인슐린 생성 세포에서 생성된 인슐린(insulin) 및 글루카곤(glucagon) 발현정도를 면역형광염색으로 확인한 결과, 기존의 프로토콜 A에서는 인슐린 및 글루카곤 발현세포가 드물게 발견되었지만, 본 발명에서 확립한 조건(프로토콜 B)에서는 인슐린 및 글루카곤 발현 세포가 상당 수 군집을 형성하는 것이 관찰되었다.As shown in FIG. 11, as a result of confirming the expression level of insulin and glucagon produced in differentiated insulin-producing cells after the final differentiation step by immunofluorescence staining, insulin and glucagon expressing cells rarely exist in conventional protocol A. Although found, it was observed that insulin and glucagon expressing cells form a significant number of colonies under the conditions established in the present invention (protocol B).

또한, 도 12에 나타난 바와 같이, 최종 분화 단계 후 분화 후 전체적인 인슐린 및 글루카곤 세포의분화율을 FACS로 분석한 결과, 프로토콜 A는 인슐린 발현 세포는 거의 관찰되지 않고, 글루카곤 발현세포만 29.2% 분화된 반면, 본 발명에서 확립한 조건(프로토콜 B)에서는 인슐린 발현 세포는 38.1%, 글루카곤 발현 세포는 23.1%로 분화된 것을 확인하였다.In addition, as shown in FIG. 12, after the final differentiation step, after the differentiation, the overall differentiation rate of insulin and glucagon cells was analyzed by FACS, and protocol A showed almost no insulin-expressing cells, and only glucagon-expressing cells differentiated by 29.2%. On the other hand, under the conditions established in the present invention (Protocol B), it was confirmed that insulin-expressing cells differentiated to 38.1% and glucagon-expressing cells to 23.1%.

즉, 본 발명에서 확립한 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물은 다양한 저분자 물질의 조성, 농도 및 처리기간을 조절한 결과, 종래의 기술에 비해 분화 단계 및 분화 기간이 단축되고 분화 효율이 증가한 것을 확인하였다. 또한, 본 발명의 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물은 단백질 제제가 아닌 저분자 물질로 구성되어, 조성물의 안정성이 향상되는 장점이 있으므로, 당뇨병 치료를 위한 세포 치료제 및 인슐린 대량 생산을 위한 공정에 사용될 수 있다. That is, the composition for inducing human-derived pluripotent stem cell-derived insulin-producing cell differentiation established in the present invention is a result of adjusting the composition, concentration, and treatment period of various low-molecular substances, resulting in shorter differentiation and differentiation periods compared to conventional techniques. It was confirmed that the efficiency increased. In addition, the composition for inducing differentiation of insulin-producing cells of the present invention is composed of a low-molecular substance rather than a protein preparation, and thus has an advantage of improving the stability of the composition, and thus can be used in a cell therapeutic agent for diabetes treatment and a process for mass production of insulin. .

본 발명은 또한, 상기 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 유효성분으로 포함하는 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도 배지를 제공한다. The present invention also provides a human induced pluripotent stem cell derived insulin producing cell differentiation induction medium comprising the composition for inducing human induced pluripotent stem cell derived insulin producing cell differentiation as an active ingredient.

본 발명에 있어서, 상기 배지는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM(Minimal Essential Medium), 임프루브드 MEM(improved MEM), BME(Basal Medium Eagle), RPMI 1640(Roswell Park Memorial Institute medium 1640), 어드밴스드 RPMI 1640(Advanced RPMI1640), F-10, F-12, DMEM-F12, α-MEM(α-Minimal Essential Medium), G-MEM(Glasgow's Minimal Essential Medium) 및 IMDM(Iscove's Modified Dulbecco's Medium)으로 구성된 군으로부터 선택되는 배지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 만능줄기세포를 인슐린 생성 세포로 분화 유도 및 생존을 지지할 수 있는 배지는 제한없이 사용 가능하다.In the present invention, the medium is DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM (Minimal Essential Medium), Improved MEM (improved MEM), BME (Basal Medium Eagle), RPMI 1640 (Roswell Park Memorial Institute medium 1640), Advanced RPMI 1640 (FRP), F-10, F-12, DMEM-F12, α-MEM (α-Minimal Essential Medium), G-MEM (Glasgow's Minimal Essential Medium) and IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium) It may include a medium selected from the group, but is not limited thereto, and a medium capable of supporting differentiation induction and survival of pluripotent stem cells into insulin-producing cells can be used without limitation.

본 발명은 또한, (a) 인간 유도만능 줄기세포를 액티빈 A(activin A), CHIR99021, B27 및 LY294002이 포함된 배지에서 배양하여 내배엽으로 분화를 유도하는 단계;The present invention also, (a) inducing differentiation into endoderm by culturing human induced pluripotent stem cells in a medium containing activin A, CHIR99021, B27 and LY294002;

(b) 상기 (a) 단계에서 분화 유도된 내배엽을 액티빈 A(activin A) 및 B27이 포함된 배지에서 배양하여 원시 장관으로 분화를 유도하는 단계;(b) inducing differentiation into the primitive intestine by culturing the differentiation-derived endoderm in the medium containing activin A and B27 in step (a);

(c) 상기 (b) 단계에서 분화 유도된 원시 장관을 B27, 돌소몰핀(dorsomorphin), 레티노산(retinoic acid), SB431542, FR180204 및 SANT-1이 포함된 배지에서 배양하여 췌장 내배엽으로 분화를 유도하는 단계; 및(c) The differentiation-induced primitive intestinal tract in step (b) is cultured in a medium containing B27, dorsomorphin, retinoic acid, SB431542, FR180204 and SANT-1 to induce differentiation into pancreatic endoderm. To do; And

(d) 상기 (c) 단계에서 분화 유도된 췌장 내배엽을 B27, 포스콜린(forskolin), 덱사메타손(dexamethasone) 및 니코틴아미드(nicotinamide)이 포함된 배지에서 배양하여 인슐린 생성 가능한 췌장 내분비 세포로 분화를 유도하는 단계;를 포함하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 인간 유도만능 줄기세포에 처리하는 단계를 포함하는 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법을 제공한다. (d) Inducing differentiation into pancreatic endocrine cells capable of producing insulin by culturing the differentiation-induced pancreatic endoderm in the medium containing B27, forskolin, dexamethasone, and nicotinamide in step (c). It provides a method for inducing differentiation of human induced pluripotent stem cell-derived insulin-producing cells comprising the step of treating the composition for inducing human induced pluripotent stem cell-derived insulin-producing cell differentiation to human induced pluripotent stem cells.

구체적으로, 상기 (a) 단계는 인간 유도만능 줄기세포를 액티빈 A(activin A), CHIR99021, B27 및 LY294002이 포함된 RPMI1640 배지에서 배양하여 내배엽으로 분화를 유도하며, 상기 (b) 단계는 내배엽을 액티빈 A(activin A) 및 B27이 포함된 RPMI1640 배지에서 배양하여 원시 장관으로 분화를 유도하며, 상기 (c) 단계는 원시 장관을 B27, 돌소몰핀(dorsomorphin), 레티노산(retinoic acid), SB431542, FR180204 및 SANT-1이 포함된 임프루브드 MEM(improved MEM) 배지에서 배양하여 췌장 내배엽으로 분화를 유도하며, 상기 (d) 단계는 췌장 내배엽을 B27, 포스콜린(forskolin), 덱사메타손(dexamethasone) 및 니코틴아미드(nicotinamide)이 포함된 임프루브드 MEM(improved MEM) 배지에서 배양하여 인슐린 생성 가능한 췌장 내분비 세포로 분화를 유도할 수 있다. Specifically, in step (a), human induced pluripotent stem cells are cultured in RPMI1640 medium containing activin A, CHIR99021, B27 and LY294002 to induce differentiation into endoderm, and step (b) is endoderm And incubated in RPMI1640 medium containing activin A and B27 to induce differentiation into the primordial intestine, step (c) comprises primordial intestine B27, dorsomorphin, retinoic acid, SB431542, FR180204 and SANT-1 containing incubated in MEM (improved MEM) containing medium to induce differentiation into pancreatic endoderm, step (d) is pancreatic endoderm B27, forskolin (forskolin), dexamethasone (dexamethasone) ) And nicotinamide, and cultured in an impregnated MEM (MEM) medium containing nicotinamide to induce differentiation into pancreatic endocrine cells capable of producing insulin.

더욱 구체적으로, 상기 (a) 단계는 인간 유도만능 줄기세포를 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A, 1 ~ 5 μM CHIR99021, 1 ~ 5% 1X B27, 및 15 ~ 25 μM LY294002이 포함된 RPMI1640 배지에서 배양하여 내배엽으로 분화를 유도하며, 상기 (b) 단계는 내배엽을 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A 및 1 ~ 5% 1X B27이 포함된 RPMI1640 배지에서 배양하여 원시 장관으로 분화를 유도하며, 상기 (c) 단계는 원시 장관을 1 ~ 5% 1X B27, 1 ~ 5 μM 돌소몰핀, 1 ~ 5 μM 레티노산, 5 ~ 15 μM SB431542, 1 ~ 5 μM FR180204 및 0.1 ~ 0.5 μM SANT-1이 포함된 임프루브드 MEM(improved MEM) 배지에서 배양하여 췌장 내배엽으로 분화를 유도하며, 상기 (d) 단계는 췌장 내배엽을 1 ~ 5% 1X B27, 5 ~ 15 μM 포스콜린, 5 ~ 15 μM 덱사메타손 및 5 ~ 15 μM 니코틴아미드가 포함된 임프루브드 MEM(improved MEM) 배지에서 배양하여 인슐린 생성 가능한 췌장 내분비 세포로 분화를 유도할 수 있다. More specifically, in step (a), human induced pluripotent stem cells contain 50 to 150 ng / mL activin A, 1 to 5 μM CHIR99021, 1 to 5% 1X B27, and 15 to 25 μM LY294002 containing RPMI1640 medium. Incubation to induce differentiation into endoderm, step (b) induces differentiation into primitive intestinal tract by culturing endoderm in RPMI1640 medium containing 50 to 150 ng / mL activin A and 1 to 5% 1X B27, In step (c), the primary intestine is 1-5% 1X B27, 1-5 μM dolsomorphine, 1-5 μM retinoic acid, 5-15 μM SB431542, 1-5 μM FR180204 and 0.1-0.5 μM SANT-1. Cultured in an embedded MEM (improved MEM) medium to induce differentiation into pancreatic endoderm, step (d) is 1 ~ 5% 1X B27, 5 ~ 15 μM forskolin, 5 ~ 15 μM dexamethasone And incubation in 5 to 15 μM nicotinamide containing impregnated MEM (MEM) medium to induce differentiation into pancreatic endocrine cells capable of producing insulin. can do.

본 발명의 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법은 바람직하게 도 9 및 표 9의 조건에 따라 수행될 수 있으며, 구체적인 내용은 상기에 기재된 바와 동일하다. The method for inducing differentiation of human-derived pluripotent stem cell-derived insulin-producing cells of the present invention can be preferably performed according to the conditions of FIGS. 9 and 9, and the details are the same as described above.

본 발명은 또한, 상기 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법으로 제조된, 인슐린 생산 췌장 내분비 세포를 제공한다.The present invention also provides an insulin-producing pancreatic endocrine cell prepared by the method for inducing differentiation of insulin-producing cells derived from the human induced pluripotent stem cells.

본 발명은 또한, 상기 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법으로 제조된, 인슐린 생산 췌장 내분비 세포의 내분비 응집체를 제공한다.The present invention also provides an endocrine aggregate of insulin-producing pancreatic endocrine cells prepared by the method for inducing differentiation of insulin-producing cells derived from the human induced pluripotent stem cells.

상기 췌장 내분비 세포 또는 내분비 응집체는 생체 외(in vitro)에서 글루코스(glucose) 반응하여 인슐린 전구체인 C-펩티드(C-peptide)의 분비량이 증가되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 췌장 내분비 세포 또는 내분비 응집체는 세포 증식이 증가하는 과정 중에 있는 1×104 개 내지 1×105 개인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The pancreatic endocrine cells or endocrine aggregates are preferably reacted with glucose in vitro to increase the secretion amount of the insulin precursor C-peptide, but is not limited thereto. The pancreatic endocrine cells or endocrine aggregates are preferably 1 × 10 4 to 1 × 10 5 individuals in the process of increasing cell proliferation, but are not limited thereto.

나아가, 본 발명은, 상기 인슐린 생산 췌장 내분비 세포 또는 내분비 응집체를 유효성분으로 포함하는 당뇨병 치료용 약학적 조성물을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a pharmaceutical composition for treating diabetes comprising the insulin-producing pancreatic endocrine cells or endocrine aggregates as an active ingredient.

본 발명은 또한, (a) 상기 인슐린 생산 췌장 내분비 세포 또는 내분비 응집체를 배양하는 단계; 및The present invention also, (a) culturing the insulin-producing pancreatic endocrine cells or endocrine aggregates; And

(b) 상기 (a) 단계의 배양에 의한 배양물로부터 인슐린을 분리하는 단계를 포함하는, 인슐린의 대량 생산 방법을 제공한다.(b) comprising the step of separating insulin from the culture by the culture of step (a), provides a method for mass production of insulin.

본 발명에 따른 인슐린의 대량 생산 방법으로 분리된 인슐린은 당뇨병의 예방 또는 치료용으로 유용하게 사용할 수 있다.Insulin separated by the method for mass production of insulin according to the present invention can be usefully used for the prevention or treatment of diabetes.

상기 당뇨병은 인슐린이 상대적으로 부족한 인슐린 비의존형 당뇨인 제2형 당뇨병인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The diabetes is preferably type 2 diabetes, which is insulin-independent diabetes, which is relatively insufficient in insulin, but is not limited thereto.

본 발명의 조성물의 치료상으로 유효한 양은 여러 요소, 예를 들면 투여방법, 목적부위, 환자의 상태 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 인체에 사용 시 투여량은 안전성 및 효율성을 함께 고려하여 적정량으로 결정되어야 한다. 동물실험을 통해 결정한 유효량으로부터 인간에 사용되는 양을 추정하는 것도 가능하다.The therapeutically effective amount of the composition of the present invention can vary depending on several factors, such as the method of administration, the target site, the patient's condition, and the like. Therefore, when used in the human body, the dosage should be determined in an appropriate amount in consideration of safety and efficiency. It is also possible to estimate the amount used in humans from the effective amount determined through animal experiments.

본 발명의 조성물은 또한 생물학적 제제에 통상적으로 사용되는 담체, 희석제, 부형제 또는 둘 이상의 이들의 조합을 포함할 수 있다. 약제학적으로 허용 가능한 담체는 조성물을 생체내 전달에 적합한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로스 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 이용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다.The compositions of the present invention may also include carriers, diluents, excipients, or combinations of two or more of those commonly used in biological agents. The pharmaceutically acceptable carrier is not particularly limited as long as the composition is suitable for in vivo delivery, for example, saline, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol, and one of these components. It is possible to mix and use more than the components, and if necessary, other conventional additives such as antioxidants, buffers, bacteriostatic agents can be added.

또한, 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주이용 제형, 환약, 캡슐, 과립 또는 정제로 제제화할 수 있다. 더 나아가 당 분야의 적정한 방법을 이용하여 각 질환에 따라 또는 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다.In addition, diluents, dispersants, surfactants, binders, and lubricants may be additionally added to formulate into main-use formulations such as aqueous solutions, suspensions, emulsions, pills, capsules, granules, or tablets. Furthermore, it can be preferably formulated according to each disease or component using appropriate methods in the art.

본 발명의 조성물은 목적하는 방법에 따라 비경구 투여(예를 들어 정맥 내, 피하, 복강 내 또는 국소에 적용)하거나 경구 투여할 수 있으며, 투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설률및 질환의 중증도 등에 따라 그 범위가 다양하다. 본 발명에 따른 조성물의 일일 투여량은 00001 내지 10 ㎎/㎖이며, 바람직하게는 00001 내지 5 ㎎/㎖이며, 하루 일 회 내지 수회에 나누어 투여하는 것이 더욱 바람직하다.The composition of the present invention may be administered parenterally (for example, intravenously, subcutaneously, intraperitoneally, or topically) or orally, depending on the desired method, and the dosage may include the patient's weight, age, sex, health status, The range varies depending on the diet, administration time, administration method, excretion rate and disease severity. The daily dosage of the composition according to the present invention is 00001 to 10 mg / ml, preferably 00001 to 5 mg / ml, and more preferably divided and administered once to several times a day.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as limited by these examples.

인간 유래 유도만능 줄기세포 배양 및 특성 확인Human-derived induced pluripotent stem cell culture and characterization

1-1 : 인간 유래 유도만능 줄기세포 배양1-1: Human-derived induced pluripotent stem cell culture

본 발명에서 사용한 인간 유도만능줄기세포(iPSC)는 아산 연구소의 줄기세포 연구센터에서 제공받았으며, 구체적으로, 피부 섬유 조직에서 섬유아세포를 분리 배양한 후 CytoTuneTM-iPS 2.0 Sendai Reprogramming Kit(ThermoFisher)를 이용하여 Klf4, Oct3/4, Sox2, cMyc 유전자를 이입하였다. 바이러스 처리 12일 후 첫 콜로니가 확인되었으며, 20~30 개의 세포들로 구성된 콜로니를 새로운 배양접시에 옮겨 증식시켰다.The human induced pluripotent stem cells (iPSC) used in the present invention were provided by the stem cell research center of the Asan Research Institute, and specifically, after the fibroblasts were separated and cultured from the skin fibrous tissue, CytoTune TM -iPS 2.0 Sendai Reprogramming Kit (ThermoFisher) was used. The Klf4, Oct3 / 4, Sox2, and cMyc genes were introduced. The first colonies were identified 12 days after virus treatment, and colonies composed of 20-30 cells were transferred to a new culture dish and propagated.

제조한 iPSC는 필수 8TM 보충제(Gibco, 미국) 및 항생제(Gibco, 미국)가 포함된 8TM 기본 배지(Gibco, 미국)를 이용하여 비트로넥틴(vitronectin)으로 코팅된 배양 접시(culture dish)에서 배양하였다. 유도만능 줄기세포는 StemPro Accutase 배지(Gibco, 미국)를 이용하여 1 : 5 내지 1 : 6으로 계대배양 하였으며, 37℃, 5% CO2 조건에서 배양하였다.The prepared iPSC was cultured in a culture dish coated with vitronectin using 8TM basic medium (Gibco, USA) containing essential 8TM supplement (Gibco, USA) and antibiotic (Gibco, USA). . Induced pluripotent stem cells were passaged 1: 5 to 1: 6 using StemPro Accutase medium (Gibco, USA), and cultured at 37 ° C and 5% CO 2 conditions.

1-2 : 인간 유래 유도 만능 줄기세포 특성 확인1-2: Confirmation of human-derived induced pluripotent stem cell characteristics

상기 인간 유래 유도 만능 줄기세포가 인슐린 생성 세포로의 분화능을 가지고 있는지 확인하기 위해, iPSC 핵에서 Oct4, Nanog, Sox2 및 SSEA4의 특정 마커가 발현되는지 확인하였다. In order to confirm that the human-derived induced pluripotent stem cells have the ability to differentiate into insulin producing cells, it was confirmed that specific markers of Oct4, Nanog, Sox2 and SSEA4 are expressed in the iPSC nucleus.

먼저 세포는 세포에 4% 파라포름알데하이드(paraformaldehyde : PFA)를 처리하여 실온에서 30분 동안 고정시킨 다음, PBS로 3회 세척하였다. 고정된 세포는 0.1% Triton X-100를 처리하여 5분동안 침투 처리한 다음, PBS로 세척하여 준비하였다. 블로킹을 위해, 세포를 정상 말 혈청(normal horse serum (1:30))이 포함된 용액으로 30분동안 처리한 다음, 항-Oct4 항체(rabbit anti-Oct4 antibody, 1:50; abcam, 미국), 항-Nanog 항체(mouse anti-Nanog antibody, 1:200; abcam), 항-Sox2 항체(rpabbit anti-Sox2 antibody, 1:1000; abcam) 및 항-SSEA4 항체(mouse anti-SSEA4 antibody, 1:200; abcam)를 각각 처리하고 4℃에서 하룻밤 동안 반응시켰다. 그 후, PBS로 세척한 다음, 알렉사플루오르 488(Alexa Fluor 488) 또는 알렉사플루오르 594(Alexa Fluor 594)가 컨쥬게이트된 마우스 IgG 또는 래빗 IgG에 대한 2차 항체(donkey antibody 또는 goat antibody)를 1:250로 희석하여 처리한 다음, 1시간 동안 실온에서 반응시켰다. 핵은 Hoechst 33342 (Thermo Scientific, 독일)을 이용하여 염색하였으며, 형광현미경을 이용하여 관찰하였다.First, the cells were treated with 4% paraformaldehyde (PFA) on the cells, fixed at room temperature for 30 minutes, and then washed 3 times with PBS. The fixed cells were prepared by infiltration with 0.1% Triton X-100 for 5 minutes, followed by washing with PBS. For blocking, cells were treated with a solution containing normal horse serum (1:30) for 30 minutes, and then anti-Oct4 antibody (1:50; abcam, USA) , Anti-Nanog antibody (mouse anti-Nanog antibody, 1: 200; abcam), anti-Sox2 antibody (rpabbit anti-Sox2 antibody, 1: 1000; abcam) and anti-SSEA4 antibody (mouse anti-SSEA4 antibody, 1: 200; abcam) were each treated and reacted overnight at 4 ° C. Then, after washing with PBS, a secondary antibody (donkey antibody or goat antibody) against mouse IgG or rabbit IgG conjugated with Alexa Fluor 488 or Alexa Fluor 594 is 1: Diluted to 250 and then reacted for 1 hour at room temperature. Nuclei were stained using Hoechst 33342 (Thermo Scientific, Germany) and observed using a fluorescence microscope.

그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조한 인간 유도만능 줄기세포는 군집을 형성하며 성장하는 것으로 관찰되었으며(도 2A), iPSC 핵에서 Oct4, Nanog 및 Sox2의 특정 마커가 발현되는 것을 확인하였으며, iPSC의 대표적인 세포 표면 마커 중 하나인 SSEA4가 발현되는 것을 확인하였다 (도 2B 내지 도 2E).As a result, as shown in FIG. 2, it was observed that the human induced pluripotent stem cells prepared in the present invention grow by forming a cluster (FIG. 2A), and that specific markers of Oct4, Nanog, and Sox2 are expressed in the iPSC nucleus. It was confirmed that SSEA4, one of the representative cell surface markers of iPSC, was expressed (FIGS. 2B to 2E).

1-3 : 인간 유래 유도 만능 줄기세포의 다분화능 관찰1-3: Observation of the pluripotency of human-derived induced pluripotent stem cells

본 발명에서는 인간 유래 유도만능 줄기세포의 다분화능을 관찰하기 위해 테레토마 분석(Teratoma analysis)을 수행하였다. In the present invention, teratoma analysis was performed to observe the pluripotency of human-derived induced pluripotent stem cells.

이식당일 iPSC를 아큐테이즈(Accutase)를 이용하여 배양 접시에서 분리한 다음, 단일세포로 현탁시켰다. 총 1 x 106 개 세포를 8주령의 면역 결핍 마우스(immune-deficient SCID mice)에 직접 피하주사로 투여한 다음, 아산 병원의 실험 동물 시설에서 비특이적 무균 병원균(non-specific pathogen-free, SFP) 상태에서 사육하였다. 마우스에 1 cm3 이상의 종양이 발생하거나, 세포 투여 40일이 경과한 후에 조직을 분리하여 관찰하였다. 종양을 포함하는 조직은 4% 파라포름알데하이드(paraformaldehyde, PFA)를 이용하여 파라핀 블록을 제조한 다음, 4미크론(micron) 단면으로 절단하였다. 조직절편 슬라이드를 헤마톡실린(hematoxylin) 및 에오신(eosin)으로 염색한 다음, 현미경을 사용하여 조직학적 분석을 실시하였다. On the day of transplantation, iPSC was separated from the culture dish using Accutase, and then suspended as a single cell. A total of 1 x 10 6 cells were administered subcutaneously directly to 8-week-old immune-deficient SCID mice, and then non-specific pathogen-free (SFP) in a laboratory animal facility at Asan Hospital. It was kept in a state. Tissues of 1 cm 3 or more were generated in mice, or tissues were observed after 40 days of cell administration. The tissue containing the tumor was prepared by using a 4% paraformaldehyde (PFA) paraffin block, and then cut into 4 micron cross sections. The tissue section slides were stained with hematoxylin and eosin, and then histological analysis was performed using a microscope.

관찰 결과, 도 2F에 나타난 바와 같이, 마우스에 이식 된 iPSC는 40 일 동안 조직의 고형 덩어리로 자라났으며 표면은 다양한 형태의 조직 클러스터를 나타내었으며, 고형 종괴의 조직은 조직 학적 변이를 나타내었다. 내배엽, 외배엽 및 중배엽의 대표적인 조직이 확인되었으며, 이를 바탕으로 본 발명에서 사용한 iPSC가 인슐린 생성 세포 로의 분화능을 포함하여 다분화능을 가지고 있음을 확인하였다.As a result of the observation, as shown in FIG. 2F, iPSC implanted in the mouse grew into a solid mass of tissue for 40 days, the surface showed various types of tissue clusters, and the tissue of the solid mass showed histological variation. Representative tissues of endoderm, ectoderm and mesoderm were identified, and it was confirmed that the iPSC used in the present invention has polydifferentiation ability, including the ability to differentiate into insulin producing cells.

인간 유도만능 줄기세포로부터 내배엽으로 분화 유도 조성물 조성 확립Establishment of composition to induce differentiation from human induced pluripotent stem cells to endoderm

2-1 : 인간 유도만능 줄기세포로부터 내배엽으로 분화 유도 조성물의 구성에 따른 분화효율 확인2-1: Identification of differentiation efficiency according to the composition of the differentiation-inducing composition from human induced pluripotent stem cells to endoderm

본 발명에서는 인간 유도만능 줄기세포로부터 내배엽으로 분화 유도 조성물의 구성에 따른 분화효율 확인하고자 하였다.In the present invention, to determine the differentiation efficiency according to the composition of the differentiation inducing composition from human induced pluripotent stem cells to endoderm.

유도만능 줄기세포는 상기 실시예 1-1과 같이 배양하여 준비하였으며, 내배엽으로의 분화 유도를 위해 1% B27 (Invitrogen, 미국)이 포함된 RPMI 1640 배지에서 배양하였으며, 표 1과 같이 100 ng/ml 액티빈(human activin A; PeproTech, 미국), 3 μM CHIR99021(Sigma-Aldrich, 미국), 5 μM LY294002 (Sigma-Aldrich, 미국)이 각각 또는 모두 포함된 배지에서 24시간 배양하여 내배엽으로의 분화를 유도하였다. Induced pluripotent stem cells were prepared by culturing as in Example 1-1, and cultured in RPMI 1640 medium containing 1% B27 (Invitrogen, USA) for induction of differentiation into endoderm, 100 ng / as shown in Table 1. Differentiation into endoderm by incubation for 24 hours in a medium containing ml activin A (PeproTech, USA), 3 μM CHIR99021 (Sigma-Aldrich, USA), or 5 μM LY294002 (Sigma-Aldrich, USA), respectively or all Induced.

다음날, PBS로 세척한 다음, 100ng/mL Activin A가이 첨가된 RPMI 1640 배지로 교환하였으며, 3일차에도 같은 조성의 배양액을 처리하여 내배엽 세포로의 분화를 완성하였다. 내배엽으로 분화가 완성되면 세포가 촘촘히 밀집되어 콜로니를 형성하던 유도만능 줄기세포들이 군집에서 벌어지고 다각형의 작은 모양을 가지는 상태로 세포 형태가 변하는 것을 확인하였다. The next day, after washing with PBS, 100ng / mL Activin A was added to RPMI 1640 medium, and cultured with the same composition was treated on the third day to complete differentiation into endoderm cells. When the differentiation was completed with the endoderm, it was confirmed that the cells were densely packed and the induced pluripotent stem cells, which formed colonies, opened in the colony and had a small polygonal shape.

내배엽 분화 유도용 조성물 조성Composition composition for inducing endoderm differentiation 1One 22 33 100 ng/ml Activin A100 ng / ml Activin A ++ ++ ++ 5 μM LY2940025 μM LY294002 ++ 3 μM CHIR99021 3 μM CHIR99021 ++ ++

내배엽으로의 분화 정도를 확인하기 위해, 내배엽 마커로 알려진 Sox17, FoxA2 및 CXCR4의 mRNA 발현 정도를 실시간 PCR을 이용하여 확인하였다. To confirm the degree of differentiation into endoderm, mRNA expression levels of Sox17, FoxA2 and CXCR4, known as endoderm markers, were confirmed using real-time PCR.

총 RNA는 트리아졸(TRIzol reagent ; Invitrogen, 미국)을 이용하여 제품 매뉴얼에 따라 분리하였으며, 역전사 중합효소 마스터 프리믹스(Reverse transcription master premix(Reverse transcription master premix; ELPiS, 한국)를 이용하여 cDNA를 합성하였다. 실시간 PCR은 사이버 그린 슈퍼믹스(SsoAdvancedTM Universal SYBR Green Supermix; BIO-RAD, 미국)를 사용하여 수행하였으며, 하기 나타낸 프라이머를 이용하여 각각의 mRNA를 증폭하였다. PCR은 95℃에서 15초, 58℃에서 30초, 72℃에서 30초를 1 사이클로 하여 45사이클을 반복 수행하였으며, GAPDH mRNA에 대한 각 유전자의 mRNA발현량에 대한 상대적 수준을 2-ΔΔCT 방법으로 분석하였다.Total RNA was isolated according to the product manual using TRIzol reagent (Invitrogen, USA), and cDNA was synthesized using a reverse transcription master premix (Reverse transcription master premix (ELPiS, Korea)). Real-time PCR was performed using Cyber Green Supermix (SsoAdvancedTM Universal SYBR Green Supermix; BIO-RAD, USA), and amplified each mRNA using the primers shown below: PCR was 95 ° C for 15 seconds, 58 ° C. The cycle was repeated 30 cycles at 30 ° C and 30 seconds at 72 ° C., and the relative level of mRNA expression of each gene for GAPDH mRNA was analyzed by 2 -ΔΔCT method.

Sox17 - forward : 5`-CGCTTTCATGGTGTGGGCTAAGGACG-3` (서열번호 1)Sox17-forward: 5`-CGCTTTCATGGTGTGGGCTAAGGACG-3` (SEQ ID NO: 1)

Sox17 - reverse : 5`-TAGTTGGGGTGGTCCTGCATGTGCTG-3` (서열번호 2)Sox17-reverse: 5`-TAGTTGGGGTGGTCCTGCATGTGCTG-3` (SEQ ID NO: 2)

FoxA2 - forward : 5`- ACTGGAGCAGCTACTTAGCAGAGC-3` (서열번호 3)FoxA2-forward: 5`- ACTGGAGCAGCTACTTAGCAGAGC-3` (SEQ ID NO: 3)

FoxA2 - reverse : 5`-TCATGGAGTTCATGTTGGCGTAG-3` (서열번호 4)FoxA2-reverse: 5`-TCATGGAGTTCATGTTGGCGTAG-3` (SEQ ID NO: 4)

CXCR4 - forward : 5`-GGTGGTCTATGTTGGCGTCT-3` (서열번호 5)CXCR4-forward: 5`-GGTGGTCTATGTTGGCGTCT-3` (SEQ ID NO: 5)

CXCR4 - reverse : 5`-TGGAGTGTGACAGCTTGGAG-3 (서열번호 6)CXCR4-reverse: 5`-TGGAGTGTGACAGCTTGGAG-3 (SEQ ID NO: 6)

GAPDH - forward : 5`-AAGGGCTCATGACCACAGTCCAT-3` (서열번호 7)GAPDH-forward: 5`-AAGGGCTCATGACCACAGTCCAT-3` (SEQ ID NO: 7)

GAPDH - reverse : 5`-CAGGAAATGAGCTTCACAAAGTT-3` (서열번호 8)GAPDH-reverse: 5`-CAGGAAATGAGCTTCACAAAGTT-3` (SEQ ID NO: 8)

내배엽 마커의 발현 비교Comparison of expression of endoderm markers qPCRqPCR Sox17Sox17   ActivinAActivinA ActivinA
+CHIR99021
ActivinA
+ CHIR99021
ActivinA
+CHIR99021
+LY294002
ActivinA
+ CHIR99021
+ LY294002
No1No1 1One 3.09513.0951 3.68083.6808 No2No2 1One 2.71322.7132 5.16945.1694 No3No3 1One 3.07383.0738 7.16027.1602 MeanMean 1One 2.96072.9607 5.33685.3368 Std. DevStd. Dev 00 0.21460.2146 1.74581.7458 FoxA2FoxA2   ActivinAActivinA ActivinA
+CHIR99021
ActivinA
+ CHIR99021
ActivinA
+CHIR99021
+LY294002
ActivinA
+ CHIR99021
+ LY294002
No1No1 1One 2.86792.8679 2.42842.4284 No2No2 1One 2.60272.6027 2.67592.6759 No3No3 1One 5.93815.9381 4.25754.2575 MeanMean 1One 3.80293.8029 3.12063.1206 Std. DevStd. Dev 00 1.85391.8539 0.99230.9923 CXCR4CXCR4   ActivinAActivinA ActivinA
+CHIR99021
ActivinA
+ CHIR99021
ActivinA
+CHIR99021
+LY294002
ActivinA
+ CHIR99021
+ LY294002
No1No1 1One 5.5795.579 5.31475.3147 No2No2 1One 5.20545.2054 5.61785.6178 No3No3 1One 5.35175.3517 7.06167.0616 MeanMean 1One 5.37875.3787 5.9985.998 Std. DevStd. Dev 00 0.18830.1883 0.93350.9335

도 3 및 표 2에 나타난 바와 같이, 분화 단계 1 에서 액티빈 A, Ly294002 및 CHIR99021를 조합하여 분화 초기 단계인 내배엽(definitive endoderm)으로의 분화 효율을 확인한 결과, 저분자 물질을 단독으로 처리한 그룹보다 액티빈 A, Ly294002 및 CHIR99021을 모두 처리한 그룹에서 내배엽 마커인 Sox17, FoxA2 및 CXCR4) 발현정도가 가장 높은 것을 확인하였다. As shown in Figure 3 and Table 2, as a result of confirming the differentiation efficiency to definitive endoderm, an early stage of differentiation, by combining activin A, Ly294002, and CHIR99021 in differentiation stage 1, it was found that the low-molecular substance was treated alone. It was confirmed that the expression level of endoderm markers Sox17, FoxA2 and CXCR4) was highest in the group treated with both activin A, Ly294002 and CHIR99021.

따라서, 본 발명에서는 유도만능 줄기세포에서 내배엽으로의 분화 유도과정에는 저분자 물질 중 액티빈 A, Ly294002 및 CHIR99021을 모두 처리하고, 내배엽에서 원시 장관으로의 분화 유도 과정에서는 1% B27이 포함된 RPMI 1640 배지에 100 ng/ml 액티빈 A만 단독으로 처리하여 12시간 동안 배양하고자 하였다.Accordingly, in the present invention, in the process of inducing differentiation from induced pluripotent stem cells to endoderm, both activin A, Ly294002 and CHIR99021 among low molecular substances are treated, and RPMI 1640 containing 1% B27 in the process of inducing differentiation from endoderm to primitive intestine. The medium was treated with 100 ng / ml activin A alone to incubate for 12 hours.

원시 장관으로부터 췌장 내배엽으로의 분화 유도용 조성물 조성 확립Establishment of composition for inducing differentiation from primitive intestinal tract to pancreatic endoderm

3-1 : 원시 장관으로부터 췌장 내배엽으로의 분화 유도용 조성물의 조성 확립3-1: Establishment of composition for inducing differentiation from primitive intestinal tract to pancreatic endoderm

본 발명에서는 원시 장관으로부터 췌장 내배엽 (pancreatic endoderm; PE)으로의 분화 유도용 조성물의 구성에 따른 분화효율을 확인하고자 하였다. In the present invention, to determine the differentiation efficiency according to the composition of the composition for inducing differentiation from the intestinal tract to pancreatic endoderm (PE).

췌장 내배엽의 특정 발현 유전자는 Pdx1, Nkx6.1, Ngn3 등이 있으며, 본 발명에서 Pdx1, Nkx6.1를 동시에 발현하는 세포는 인슐린 생성 세포로 분화할 가능 성이 높기 때문에, Pdx1, Nkx6.1을 발현하는 단계를 특정 하고자 하였다. 이에, 췌장 내배엽의 유전자 발현량 보다는 최종적으로 인슐린 생성 세포의 분화가 많은 조건을 확립하고자 하였다.Specific expression genes of the pancreatic endoderm include Pdx1, Nkx6.1, Ngn3, etc. In the present invention, cells expressing Pdx1 and Nkx6.1 at the same time have a high possibility of differentiating into insulin producing cells, so Pdx1, Nkx6.1 are used. It was intended to specify the stage of expression. Therefore, rather than the gene expression level of the endoderm of the pancreas, it was intended to establish a condition in which the differentiation of insulin-producing cells is finally higher.

원시 장관에서 췌장 내배엽으로 분화 유도는 총 6일간 수행하였으며, 기본 분화조건(돌소몰핀, 레티노산 및 SB431542)에 추가적으로 FGF-2, FR180204 및 SANT-1을 조합하여 분화 유도를 수행하였다. Induction of differentiation from the primitive intestinal tract to pancreatic endoderm was performed for a total of 6 days, and induction of differentiation was performed by combining FGF-2, FR180204 and SANT-1 in addition to basic differentiation conditions (dolsomorphine, retinoic acid, and SB431542).

구체적으로, 1% B27, 1 μM 돌소몰핀(Dorsomorphin; Sigma-Aldrich, 미국), 4 μM 레티논산(Retinoic acid, Tocris Bioscience, 영국) 및 10 μM SB431542(Tocris Bioscience, 영국)이 포함된 MEM 배지(Improved MEM Zinc Option culture medium, Invitrogen, 미국)에 하기 표 3과 같이 50 ng/ml FGF2(PeproTech, 미국), 3 μM FR180204(Sigma-Aldrich, 미국) 및 0.25 μM SANT-1(Sigma-Aldrich, 미국)이 각각 또는 모두 포함된 배지에서 6일 동안 배양하였으며, 배지는 매일 교환해주었다.Specifically, MEM medium containing 1% B27, 1 μM dolsomorphin (Dorsomorphin; Sigma-Aldrich, USA), 4 μM retinoic acid (Retinoic acid, Tocris Bioscience, UK) and 10 μM SB431542 (Tocris Bioscience, UK) ( Improved MEM Zinc Option culture medium, Invitrogen, USA), 50 ng / ml FGF2 (PeproTech, USA), 3 μM FR180204 (Sigma-Aldrich, USA) and 0.25 μM SANT-1 (Sigma-Aldrich, USA) as shown in Table 3 below. ) Was cultured for 6 days in a medium containing each or both, and the medium was changed daily.

췌장 내배엽 분화 유도용 조성물 조성Composition composition for inducing pancreatic endoderm differentiation #1#One #2#2 #3# 3 #4#4 #5# 5 #6# 6 돌소몰핀, 레티노산 및 SB431542Dolsomorphine, retinoic acid and SB431542 ++ ++ ++ ++ ++ ++ 50 ng/ml FGF250 ng / ml FGF2 ++ ++ ++ 3 μM FR1802043 μM FR180204 ++ ++ ++ 0.25 μM SANT-10.25 μM SANT-1 ++ ++

상기와 같은 조건으로 각각 췌장 내배엽을 분화 유도한 다음, 인슐린 생성 세포인 췌장 내분비 세포로 분화를 유도하기 위해, 10 μM 포스콜린(forskolin; Sigma-Aldrich, 미국), 10 μM 덱사메타손(dexamethasone; Sigma-Aldrich, 미국) 및 10 μM 니코틴아미드(nicotinamide; Sigma-Aldrich, 미국)이 포함된 배지에서 10일 동안 배양하였으며, 배지는 매일 교환하였다.To induce differentiation of pancreatic endoderm under the same conditions as above, and then induce differentiation into pancreatic endocrine cells, which are insulin-producing cells, 10 μM forskolin (forskolin; Sigma-Aldrich, USA), 10 μM dexamethasone (dexamethasone; Sigma-) Aldrich, USA) and 10 μM nicotinamide (Sigma-Aldrich, USA) were cultured for 10 days, and the medium was changed daily.

3-2 : 원시 장관으로부터 췌장 내배엽으로의 분화 유도용 조성물의 조성에 따른 분화효율 확인-인슐린 농도 분석3-2: Identification of differentiation efficiency according to the composition of the composition for inducing differentiation from the primitive intestinal tract to the pancreatic endoderm-insulin concentration analysis

최종적으로 인슐린 생성 세포로 분화 시켰을 때, 원시 장관으로부터 췌장 내배엽으로의 분화 유도용 조성물 성분에 따른 인슐린 생성 정도를 확인하기 위해, 췌장 내분비 세포로 분화 유도 6일, 8일 및 12일 후 배양액 내 인슐린 농도를 분석하였다. 분화유도 배지에 분비된 인슐린은 ELISA 키트(ALPCO, 미국)을 이용하여 제품 매뉴얼에 따라 측정하였다.When finally differentiated into insulin-producing cells, in order to confirm the degree of insulin production according to the composition component for inducing differentiation from the primitive intestinal tract to the pancreatic endoderm, insulin in the culture medium 6, 8, and 12 days after induction of differentiation into pancreatic endocrine cells Concentrations were analyzed. Insulin secreted in differentiation-inducing medium was measured according to the product manual using an ELISA kit (ALPCO, USA).

췌장 내분비 세포로 분화 5일 후 배양액 내 인슐린 농도 분석Analysis of insulin concentration in culture medium 5 days after differentiation into pancreatic endocrine cells 5 days5 days   #1#One #2#2 #3# 3 #4#4 #5# 5 #6# 6 No1No1 5.94935.9493 4.24764.2476 3.71953.7195 5.69695.6969 3.21013.2101 4.22554.2255 No2No2 4.38374.3837 4.23484.2348 3.02053.0205 5.04435.0443 3.16243.1624 3.90213.9021 No3No3 5.03395.0339 5.175.17 4.31514.3151 6.86236.8623 4.15694.1569 4.27434.2743 MeanMean 5.12235.1223 4.55084.5508 3.6853.685 5.86785.8678 3.50983.5098 4.1344.134 Std. DevStd. Dev 0.78650.7865 0.53630.5363 0.6480.648 0.9210.921 0.56090.5609 0.20230.2023

췌장 내분비 세포로 분화 8일 후 배양액 내 인슐린 농도 분석Analysis of insulin concentration in culture medium 8 days after differentiation into pancreatic endocrine cells 8 days8 days   #1#One #2#2 #3# 3 #4#4 #5# 5 #6# 6 No1No1 75.299775.2997 77.048877.0488 76.462476.4624 80.054680.0546 76.886776.8867 80.054680.0546 No2No2 80.054680.0546 75.067675.0676 80.054680.0546 80.054680.0546 74.461274.4612 80.054680.0546 No3No3 75.978175.9781 68.657768.6577 80.054680.0546 80.054680.0546 80.054680.0546 80.054680.0546 MeanMean 77.110877.1108 73.591373.5913 78.857278.8572 80.054680.0546 77.134277.1342 80.054680.0546 Std. DevStd. Dev 2.57192.5719 4.3864.386 2.0742.074 00 2.80492.8049 00

췌장 내분비 세포로 분화 12일 후 배양액 내 인슐린 농도 분석Analysis of insulin concentration in culture medium 12 days after differentiation into pancreatic endocrine cells 12 days (forskolin removed)12 days (forskolin removed)   #1#One #2#2 #3# 3 #4#4 #5# 5 #6# 6 No1No1 25.80425.804 30.448230.4482 37.335337.3353 5050 37.148837.1488 5050 No2No2 37.870437.8704 34.684934.6849 31.523731.5237 5050 32.167432.1674 5050 No3No3 30.411230.4112 23.949423.9494 38.422238.4222 5050 36.346736.3467 5050 MeanMean 31.361931.3619 29.694229.6942 35.760435.7604 5050 35.22135.221 5050 Std. DevStd. Dev 6.08916.0891 5.40735.4073 3.70913.7091 00 2.67472.6747 00

그 결과, 표 4 내지 표 6 및 도 4에 나타난 바와 같이, SANT-1 만 추가적으로 처리한 그룹과 FGF2, FR180204 및 SANT-1 모두 추가적으로 처리한 그룹의 배양액 내 인슐린 농도가 가장 높은 것을 확인하였다. As a result, as shown in Tables 4 to 6 and 4, it was confirmed that the insulin concentration in the culture medium of the group additionally treated with only SANT-1 and FGF2, FR180204 and SANT-1 was the highest.

또한, 글루코오스 자극에 의한 인슐린분비능을 확인하기 위해, 인슐린 생성세포로 분화된 세포를 포도당이 없는 크렙스 완충액(Krebs-Ringer bicarbonate HEPES buffer, Krebs buffer; 115mM Nacl, 24mM NaHCO3, 5mM KCl, 2.5mM CaCl2, 1.2mM KH2PO4, 1.2mM MgSO4, 25mM HEPES 및 0.5% BSA)으로 37℃에서 2시간 동안 처리한 다음, 2.8mM 글루코오스(glucose) 및 30mM 글루코오스 크렙스 완충액을 이용하여 순차적으로 1시간 동안 반응시켰다. 그 다음, 크렙스 완충액에 분비된 인슐린은 ELISA 키트(ALPCO, 미국)을 이용하여 제품 매뉴얼에 따라 측정하였다.In addition, in order to confirm the insulin secretion ability by glucose stimulation, cells differentiated into insulin producing cells are glucose-free Krebs-Ringer bicarbonate HEPES buffer, Krebs buffer; 115 mM Nacl, 24 mM NaHCO3, 5 mM KCl, 2.5 mM CaCl2, After treating for 2 hours at 37 ° C with 1.2mM KH2PO4, 1.2mM MgSO4, 25mM HEPES and 0.5% BSA), the reaction was sequentially performed for 1 hour using 2.8mM glucose and 30mM glucose Krebs buffer. Then, insulin secreted in Krebs buffer was measured according to the product manual using an ELISA kit (ALPCO, USA).

최종 분화 단계 완료 후 글루코오스 자극 인슐린 분비능(glucose stimulated insulin secretion; GSIS) 확인Confirmation of glucose stimulated insulin secretion (GSIS) after completion of the final differentiation step GSISGSIS   #1 (2.8mM)# 1 (2.8mM) #1 (30mM)# 1 (30mM) #4 (2.8mM)# 4 (2.8mM) #4 (30mM)# 4 (30mM) #5 (2.8mM)# 5 (2.8mM) #5 (30mM)# 5 (30mM) No1No1 0.96490.9649 1.18591.1859 2.21662.2166 7.50337.5033 1.37751.3775 5.70365.7036 No2No2 0.52170.5217 0.91640.9164 1.46941.4694 3.92953.9295 0.84360.8436 4.57964.5796 No3No3 0.48080.4808 0.94830.9483 1.03261.0326 4.28074.2807 0.81420.8142 4.46854.4685 MeanMean 0.65580.6558 1.01681.0168 1.57291.5729 5.23785.2378 1.01171.0117 4.91724.9172 Std. DevStd. Dev 0.26850.2685 0.14720.1472 0.59880.5988 1.96981.9698 0.31710.3171 0.68330.6833

그 결과, 표 7 및 도 4E에 나타난 바와 같이, SANT-1 만 추가적으로 처리한 그룹과 FGF2, FR180204 및 SANT-1 모두 추가적으로 처리한 그룹의 배양액 내에서만 글루코오스 자극에 의한 인슐린 분비능이 가장 높은 것을 확인하였다.As a result, as shown in Table 7 and FIG. 4E, it was confirmed that the insulin secretion ability by glucose stimulation was the highest in the culture medium of only the group additionally treated with SANT-1 and the group additionally treated with FGF2, FR180204 and SANT-1. .

확립된 인슐린 생성 세포 분화 유도 조성물을 이용한 인슐린 생성 세포 분화정도 확인Confirmation of insulin-producing cell differentiation using established insulin-producing cell differentiation-inducing composition

4-1 : 면역세포화학염색을 통한 분화효율 확인4-1: Identification of differentiation efficiency through immunocytochemical staining

본 발명에서는 상기 실시예 2 및 실시예 3에서 확립한 조건으로 유도만능 줄기세포를 배양하였을 때, 인슐린 생성 세포의 분화 효율을 확인하고자 하였다.In the present invention, when the induced pluripotent stem cells were cultured under the conditions established in Examples 2 and 3, it was intended to confirm the differentiation efficiency of insulin producing cells.

상기 인슐린 생성세포로 분화된 세포를 상기 실시예 1-2와 동일한 방법으로 고정시킨 다음, 항-인슐린 항체(mouse anti-Insulin antibody, 1:200; Santa Cruz), 항-글루카곤 항체(rabbit anti-Glucagon antibody, 1:200; Santa Cruz), 항-Pdx1 항체(goat anti-Pdx1 antibody, 1:10000; abcam)에 대한 1차 항체를 각각 처리하고 4℃에서 하룻밤 동안 반응시켰다. 그 후, PBS로 세척한 다음, 알렉사플루오르 488(Alexa Fluor 488) 또는 알렉사플루오르 594(Alexa Fluor 594)가 컨쥬게이트된 마우스 IgG 또는 래빗 IgG에 대한 2차 항체(donkey antibody 또는 goat antibody)를 1:250로 희석하여 처리한 다음, 1시간 동안 실온에서 반응시켰다. 핵은 Hoechst 33342(Thermo Scientific, 독일)을 이용하여 염색하였으며, 형광현미경을 이용하여 관찰하였다.After the cells differentiated into the insulin-producing cells were fixed in the same manner as in Example 1-2, anti-insulin antibody (mouse anti-insulin antibody, 1: 200; Santa Cruz), anti-glucagon antibody (rabbit anti- The primary antibodies against Glucagon antibody, 1: 200; Santa Cruz) and anti-Pdx1 antibody (goat anti-Pdx1 antibody, 1: 10000; abcam) were each treated and reacted overnight at 4 ° C. Then, after washing with PBS, a secondary antibody (donkey antibody or goat antibody) against mouse IgG or rabbit IgG conjugated with Alexa Fluor 488 or Alexa Fluor 594 is 1: Diluted to 250 and then reacted for 1 hour at room temperature. Nuclei were stained with Hoechst 33342 (Thermo Scientific, Germany) and observed using a fluorescence microscope.

그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 췌장 내분비 세포로의 분화 유도 11일차에 인슐린/글루카곤을 발현하는 세포를 면역염색으로 확인하였으며, 인슐린/Pdx-1을 발현하는 세포도 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 5, cells expressing insulin / glucagon were identified by immunostaining on day 11 of induction of differentiation into pancreatic endocrine cells, and cells expressing insulin / Pdx-1 were also confirmed.

4-2 : 유세포분석을 통한 분화효율 확인4-2: Check differentiation efficiency through flow cytometry

분화된 세포는 아큐테이즈(Accutase)를 이용하여 배양 접시에서 분리시킨 다음, 4% 파라포름알데하이드(paraformaldehyde: PFA)를 처리하여 세포를 고정시켰다. 세포를 정상 말 혈청(normal horse serum (1:30))이 포함된 용액으로 30분동안 처리한 다음, 항-인슐린 항체(mouse anti-insulin antibody), 항-글루카곤 항체(rabbit anti-glucagon antibody) 및 항- Ngn3 항체(rabbit anti-Ngn3 antibody)를 처리하여 실온에서 30분 동안 반응시켰다. 그 다음 알렉사플루오르 488(Alexa Fluor 488) 또는 알렉사플루오르 594(Alexa Fluor 594)가 컨쥬게이트된 마우스 IgG 또는 래빗 IgG에 대한 2차항체(donkey antibody)를 처리하여 실온에서 30분 동안 반응시킨 다음, 유세포 분석기(FACSAria II ; Becton Dickinson)를 이용하여 분석하였다.Differentiated cells were separated from the culture dish using Accutase, and then treated with 4% paraformaldehyde (PFA) to fix the cells. Cells were treated with a solution containing normal horse serum (1:30) for 30 minutes, followed by mouse anti-insulin antibody and anti-glucagon antibody. And treated with anti-Ngn3 antibody (rabbit anti-Ngn3 antibody) for 30 minutes at room temperature. Then, a second antibody against mouse or rabbit IgG conjugated with Alexa Fluor 488 or Alexa Fluor 594 was treated for 30 minutes at room temperature, and then reacted for 30 minutes at room temperature. It was analyzed using an analyzer (FACSAria II; Becton Dickinson).

전체 분화된 세포의 인슐린(insulin) 및 글루카곤(glucagon) 분비 정도 및 Ngn3 전사 인자의 발현 정도를 FACS로 분석한 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 인슐린 분비 세포는 38.1%, 글루카곤 발현 세포는 23.0%, Ngn3 발현 세포는 66.7%인 것을 확인하였다. As a result of FACS analysis of the level of insulin and glucagon secretion and the expression level of Ngn3 transcription factor in all differentiated cells, as shown in FIG. 6, insulin secreted cells 38.1%, glucagon expressing cells 23.0% , Ngn3 expressing cells were confirmed to be 66.7%.

4-3 : 중합효소연쇄반응 (Polymerase Chain Reaction, PCR)을 통한 분화관련 유전자 발현 확인4-3: Identification of gene expression related to differentiation through polymerase chain reaction (PCR)

분화가 끝난 세포가 인슐린을 포함한 췌장 관련 전사인자를 발현하는지 확인하였다. 구체적으로, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 총 RNA를 추출한 다음, PCR을 수행하였으며, PCR를 통해 인슐린을 분비하는 세포의 주요 전사인자인 Pdx1, Pdx6, NeuroD, Ngn3, Sox9, 사이토케라틴 19(Cytokeratin 19), 인슐린(insulin), 소마토스타틴(Somatostatin) 및 18s RNA의 발현을 확인하였다. 각각의 mRNA는 하기 나타낸 프라이머를 이용하여 증폭하였다:It was confirmed that the differentiated cells expressed pancreatic-related transcription factors including insulin. Specifically, after extracting total RNA in the same manner as in Example 2-1, PCR was performed, and Pdx1, Pdx6, NeuroD, Ngn3, Sox9, and cytokeratin 19, which are the main transcription factors of cells that secrete insulin through PCR, 19 (Cytokeratin 19), insulin (insulin), somatostatin (Somatostatin) and expression of 18s RNA was confirmed. Each mRNA was amplified using the primers shown below:

Pdx1 - forward : 5`-GCATCCCAGGTCTGTCTTCT-3` (서열번호 9)Pdx1-forward: 5`-GCATCCCAGGTCTGTCTTCT-3` (SEQ ID NO: 9)

Pdx1 - reverse : 5`-ATCCCACTGCCAGAAAGGTT-3` (서열번호 10)Pdx1-reverse: 5`-ATCCCACTGCCAGAAAGGTT-3` (SEQ ID NO: 10)

Pax6 - forward : 5`-GAGGCCCTGGAGAAAGAGTT-3` (서열번호 11)Pax6-forward: 5`-GAGGCCCTGGAGAAAGAGTT-3` (SEQ ID NO: 11)

Pax6 - reverse : 5`-CTTCTCCATTTGGCCCTTCG-3` (서열번호 12)Pax6-reverse: 5`-CTTCTCCATTTGGCCCTTCG-3` (SEQ ID NO: 12)

NeuroD - forward : 5`-GCCGACGGAGATTAGGAGAA-3` (서열번호 13)NeuroD-forward: 5`-GCCGACGGAGATTAGGAGAA-3` (SEQ ID NO: 13)

NeuroD - reverse : 5`-TCTTGTCCTGACACTGGCAT-3` (서열번호 14)NeuroD-reverse: 5`-TCTTGTCCTGACACTGGCAT-3` (SEQ ID NO: 14)

Ngn3 - forward : 5`-CTTGCTGCTCAGGAAATCCC-3` (서열번호 15)Ngn3-forward: 5`-CTTGCTGCTCAGGAAATCCC-3` (SEQ ID NO: 15)

Ngn3 - reverse : 5`-CTTCTGGTCGCCAAGTTCAG-3` (서열번호 16)Ngn3-reverse: 5`-CTTCTGGTCGCCAAGTTCAG-3` (SEQ ID NO: 16)

Sox9 - forward : 5`-TACGACTACACCGACCACCA-3` (서열번호 17)Sox9-forward: 5`-TACGACTACACCGACCACCA-3` (SEQ ID NO: 17)

Sox9 - reverse : 5`-TCAAGGTCGAGTGAGCTGTG-3` (서열번호 18)Sox9-reverse: 5`-TCAAGGTCGAGTGAGCTGTG-3` (SEQ ID NO: 18)

Cytokeratin 19 - forward : 5`-GGACCTGCGGGACAAGATTCTTGGTG-3` (서열번호 19)Cytokeratin 19-forward: 5`-GGACCTGCGGGACAAGATTCTTGGTG-3` (SEQ ID NO: 19)

Cytokeratin 19 - reverse : 5`-CGAGATCGGTGCCCGGAGCGGAATCC-3` (서열번호 20)Cytokeratin 19-reverse: 5`-CGAGATCGGTGCCCGGAGCGGAATCC-3` (SEQ ID NO: 20)

insulin - forward : 5`-ATCCTGGATCTCAGCTCCCT-3` (서열번호 21)insulin-forward: 5`-ATCCTGGATCTCAGCTCCCT-3` (SEQ ID NO: 21)

insulin - reverse : 5`-CTCACAGCCCTTCAGAGACA-3` (서열번호 22)insulin-reverse: 5`-CTCACAGCCCTTCAGAGACA-3` (SEQ ID NO: 22)

Somatostatin - forward : 5`-AACCCAACCAGACGGAGAAT-3` (서열번호 23)Somatostatin-forward: 5`-AACCCAACCAGACGGAGAAT-3` (SEQ ID NO: 23)

Somatostatin - reverse : 5`-TAGCCGGGTTTGAGTTAGCA-3` (서열번호 24)Somatostatin-reverse: 5`-TAGCCGGGTTTGAGTTAGCA-3` (SEQ ID NO: 24)

18s RNA - forward : 5`-GAGCCTGCGGCTTAATTTGA-3` (서열번호 25)18s RNA-forward: 5`-GAGCCTGCGGCTTAATTTGA-3` (SEQ ID NO: 25)

18s RNA - reverse : 5`-AACTAAGAACGGCCATGCAC-3` (서열번호 26)18s RNA-reverse: 5`-AACTAAGAACGGCCATGCAC-3` (SEQ ID NO: 26)

도 7에 나타난 바와 같이, 각 다른 분화세포 3개에서 Pdx1, NeuroD, Ngn3가 발현하고 있는 것을 확인하였으며, 인슐린과 소마토스타틴도 강하게 발현하고 있는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 7, it was confirmed that Pdx1, NeuroD, and Ngn3 are expressed in three different differentiated cells, and that insulin and somatostatin are also strongly expressed.

췌장 내분비 세포를 이용한 스페로이드 형태 유도Spheroid type induction using pancreatic endocrine cells

본 발명에서는 상기 실시예 2 및 실시예 3에서 확립한 조건으로 최종 분화 유도한 췌장 내분비 세포를 스페로이드 형태(spheroid form)로 만들기 위해 부양 배양을 수행하였다.In the present invention, flotation culture was performed to make the pancreatic endocrine cells, which were finally differentiated and induced into the spheroid form, under the conditions established in Examples 2 and 3 above.

4단계 분화가 완료된 후 트립신-이디티에이를 이용하여 세포를 단일 세포로 만들고 세포 부착이 되지 않는 배양접시에 배양하였다. 배양 1일이 지나면 세포들이 스페로이드 형태의 작은 뭉치로 서로 붙는 것을 확인 할 수 있으며 배양 5일 후에는 크기가 커진 스페로이드 형태로 완성되었다.After the four-step differentiation was completed, the cells were made into single cells using trypsin-ID, and cultured in a culture dish without cell attachment. After 1 day of cultivation, it can be confirmed that the cells adhere to each other in a small bundle of spheroid form. After 5 days of cultivation, the spheroid form was enlarged.

도 8A에 나타난 바와 같이, 부양 배양 1일 후 부터 작은 스페로이드 형태가 형성되며, 배양 5일 후에는 사이즈가 커진 스페로이드 형태를 관찰하였다. 또한, 도 8B에 나타난 바와 같이, 형성된 스페로이드 형태를 면역염색한 결과, 인슐린/글루카곤을 발현하는 다량의 세포가 있음을 확인하였다. As shown in FIG. 8A, a small spheroid form was formed from 1 day after flotation culture, and a spheroid form with a larger size was observed after 5 days of culture. In addition, as shown in Figure 8B, as a result of immunostaining the formed spheroid form, it was confirmed that there is a large amount of cells expressing insulin / glucagon.

도 8C에 나타난 바와 같이, 스페로이드 형태로 배양하였을 때, 배양 배지 조성 및 기간에 따른 C-펩타이드 분비 양을 확인한 결과, 스페로이드 형태로 지속적으로 배양 시 기존의 분화 4단계 배양액 보다는 췌도세포 배양액인 CMRL 1644 배양액으로 성장 시키는 것이 더 좋은 것을 확인하였다.As shown in Figure 8C, when cultured in a spheroid form, as a result of confirming the amount of C-peptide secretion according to the culture medium composition and duration, when continuously cultured in a spheroid form, the culture of pancreatic islet cells rather than the existing 4-step differentiation culture It was confirmed that it was better to grow with CMRL 1644 culture.

STEP 4 배지에는 포스콜린(forskolin)이 첨가되어 있어 같은 인슐린 생성 세포가 있더라도 더 많은 인슐린을 분비하므로 배지 내에는 많은 인슐린이 검출될 수 있다. 따라서 STEP 4 배지에서 포스콜린을 제거한 후 배양을 하는 것과 인체 췌도세포를 배양하는 배지인 CMRL 1644에 배양시 인슐린을 분비하는 양을 비교 분석한 것으로, STEP 4 배지에서 포스콜린만 제거하더라도 각 배양접시마다 인슐린의 발현이 고르지 않은 반면에 CMRL 1644 배지에서는 각 배양 접시 마다 고른 인슐린의 발현을 확인하였다. 따라서 비교적 안정적인 인슐린을 분비 시키기 위해서는 인슐린 생성세포를 자극하지 않는 CMRL 1644 배지가 더 좋을 것으로 판단하였다.Forskolin is added to the STEP 4 medium, so even if the same insulin producing cells are secreted, more insulin can be detected in the medium. Therefore, after removing the forskolin from the STEP 4 medium, the culture was compared with the amount of insulin secretion when cultured in CMRL 1644, which is a medium for culturing human pancreatic islet cells. Even if only the forskolin is removed from the STEP 4 medium, each culture dish While the expression of insulin was uneven per CMRL 1644 medium, the expression of insulin evenly in each culture dish was confirmed. Therefore, in order to secrete relatively stable insulin, it was determined that CMRL 1644 medium that does not stimulate insulin producing cells would be better.

인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물 조건 확립Establishment of composition conditions for inducing differentiation of insulin producing cells

도 9에 나타난 바와 같이 본 발명에서는 상기 실시예 2 내지 5의 내용을 바탕으로 최종적으로 인간유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 확립하였다.As shown in FIG. 9, the present invention finally established a composition for inducing differentiation of insulin-producing cells derived from human induced pluripotent stem cells based on the contents of Examples 2 to 5.

하기 표에 초기 분화 유도 조건(표 8) 및 본 발명에서 확립한 분화 유도 조건(표 9)를 나타내었다.The following table shows the initial differentiation induction conditions (Table 8) and the differentiation induction conditions established in the present invention (Table 9).

초기 분화 유도 조건(프로토콜 A) Initial differentiation induction conditions (Protocol A) iPSC->DEiPSC-> DE DE->PGTDE-> PGT PGT->PEPGT-> PE PE->EPPE-> EP 배양 기간Culture period 3~4일3-4 days 3일3 days 5일5 days 10일10 days 기본 배지Basic badge DMEMDMEM RPMI1640RPMI1640 DMEMDMEM DMEM/F12DMEM / F12 첨가 물질Additive 1XB27100ng/mL Activin A
3uM CHIR99021
1XB27 100ng / mL Activin A
3uM CHIR99021
1XB27
1uM Dorsomorphin
50ng/mL FGF10
1XB27
1uM Dorsomorphin
50ng / mL FGF10
1XB27
1uM Dorsomorphin
50ng/mL FGF10
2uM Retinoic acid
3uM FR180204
1XB27
1uM Dorsomorphin
50ng / mL FGF10
2uM Retinoic acid
3uM FR180204
1XB27
10uM Forskolin
10uM Nicotinamide
40ng/mL EGF
10uM Betacelluin
1XB27
10uM Forskolin
10uM Nicotinamide
40ng / mL EGF
10uM Betacelluin

발명에서 확립한 분화 유도 조건(프로토콜 B) Differentiation-inducing conditions established in the invention (Protocol B) iPSC->DEiPSC-> DE DE->PGTDE-> PGT PGT->PEPGT-> PE PE->EPPE-> EP 배양 기간Culture period 3~4일3-4 days 3일3 days 5일5 days 10일10 days 기본 배지Basic badge RPMI1640RPMI1640 RPMI1640RPMI1640 improved MEM (ZINC option)improved MEM (ZINC option) improved MEM (ZINC option)improved MEM (ZINC option) 첨가 물질Additive 1XB27100ng/mL Activin A
3uM CHIR99021
20uM LY294002
1XB27 100ng / mL Activin A
3uM CHIR99021
20uM LY294002
1XB27
100ng/mL Activin A
1XB27
100ng / mL Activin A
1XB27
1uM Dorsomorphin
2uM Retinoic acid
3uM FR180204
0.25uM SANT-1
1XB27
1uM Dorsomorphin
2uM Retinoic acid
3uM FR180204
0.25uM SANT-1
1XB27
10uM Forskolin
10uM Dexamethasone
10uM Nicotinamide
1XB27
10uM Forskolin
10uM Dexamethasone
10uM Nicotinamide

상기 표 8 및 표 9에서 iPSC는 유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cells), DE는 내배엽(definitive endoderm), PGT는 원시 장관(primitive gut tube), PE는 췌장 내배엽 (pancreatic endoderm), EP는 인슐린 생성 췌장 내분비 세포(endocrine pancrease)를 의미한다.In Tables 8 and 9, iPSC is induced pluripotent stem cells, DE is definitive endoderm, PGT is primitive gut tube, PE is pancreatic endoderm, EP is insulin It refers to the resulting pancreatic endocrine cell (endocrine pancrease).

분화 유도 조건에 따른 분화 유도 효율 확인Identification of differentiation induction efficiency according to differentiation induction conditions

7-1 : C-펩타이드 분비 양 확인 7-1: Confirmation of the amount of C-peptide secretion

초기 분화 조건(프로토콜 A) 및 본 발명의 분화 유도 조건(프로코콜 B)에 따른 유도만능 줄기세포에서 인슐린 생성 세포로 분화 효율을 확인하고자 하였다. 상기 표 8 및 표 9의 조성으로 각 단계별 분화 배지를 조성하고 매일 배지를 교환해주면서 분화를 유도하였다. In order to confirm the differentiation efficiency from induced pluripotent stem cells to insulin producing cells according to the initial differentiation condition (protocol A) and the differentiation induction condition (prococol B) of the present invention. With the composition of Tables 8 and 9, differentiation medium was prepared for each step, and differentiation was induced by exchanging the medium every day.

최종 분화 단계 후 배양액 내에서 생성된 C-펩타이드 분비 양을 확인하였으며, 분화유도 배지에 분비된 c-펩타이드는 인간 c-펩타이드 ELISA 키트(Alpha Diagnostic, 미국)을 이용하여 제품 매뉴얼에 따라 각각 측정하였다.After the final differentiation step, the amount of C-peptide secreted in the culture medium was confirmed, and the c-peptide secreted in the differentiation-inducing medium was measured according to the product manual using a human c-peptide ELISA kit (Alpha Diagnostic, USA). .

그 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 최종 분화 단계 후 배양액 내에서 생성된 C-펩타이드 분비 양을 확인한 결과, 프로토콜 A의 경우 6.5 ng/㎖이 검출된 반면, 향상된 프로코톨 B의 경우 37.5ng/㎖이 검출되었으며, 본 발명에서 확립한 조건(프로토콜 B)이 약 5.7배 C-펩타이드 분비가 증가한 것을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 10, as a result of confirming the amount of C-peptide secretion generated in the culture medium after the final differentiation step, 6.5 ng / ml was detected for Protocol A, whereas 37.5 ng / for enhanced Procotol B It was confirmed that ml was detected, and the conditions established in the present invention (protocol B) increased by about 5.7-fold C-peptide secretion.

7-2 : 면역세포화학염색을 통한 분화효율 확인7-2: Identification of differentiation efficiency through immunocytochemical staining

최종 분화 단계 후 분화된 인슐린 생성 세포에서 생성된 인슐린(insulin) 및 글루카곤(glucagon) 발현정도를 면역세포화학염색을 통해 확인하였다. After the final differentiation step, the expression level of insulin and glucagon generated in differentiated insulin producing cells was confirmed through immunocytochemistry.

구체적으로, 최종 분화가 끝난 후 세포를 PBS로 수회 세척한 후 4% 파라포름알데하이드를 이용하여 1시간 동안 고정한 다음, 다시 PBS로 수회 세척한 후 0.5 트라이톤 엑스 100 (trition X-100)을 처리하여 세포막의 투과성을 만들었으며, PBS 세척 후 1% 노말홀스시럽 (normal horse serum)으로 1시간 블로킹하였다. 이 후 1:100으로 희석된 인슐린 항체와 1:100으로 희석된 글루카곤 항체를 4℃ 에서 하룻밤 동안 반응시켰다. 그 후 PBS를 이용하여 수회 세척한 후 형광이 붙은 2차 항체를 각 세포에 처리하여 형광현미경으로 발현되는 세포를 관찰하였다.Specifically, after the final differentiation, the cells were washed several times with PBS and then fixed with 4% paraformaldehyde for 1 hour, then washed again with PBS and treated with 0.5 triton X 100 (trition X-100). The permeability of the cell membrane was made, and after PBS washing, 1% normal horse serum (normal horse serum) was blocked for 1 hour. Thereafter, the insulin antibody diluted 1: 100 and the glucagon antibody diluted 1: 100 were reacted at 4 ° C overnight. Thereafter, the cells were washed several times with PBS and treated with fluorescently fluorescent secondary antibody to each cell to observe cells expressed with a fluorescent microscope.

그 결과, 도 11에 나타난 바와 같이, 최종 분화 단계 후 분화된 인슐린 생성 세포에서 생성된 인슐린(insulin) 및 글루카곤(glucagon) 발현정도를 면역형광염색으로 확인한 결과, 기존의 프로토콜 A에서는 인슐린 및 글루카곤 발현세포가 드물게 발견되었지만, 본 발명에서 확립한 조건(프로토콜 B)에서는 인슐린 및 글루카곤 발현 세포가 상당 수 군집을 형성하는 것이 관찰되었다.As a result, as shown in FIG. 11, as a result of confirming the expression level of insulin and glucagon generated in differentiated insulin-producing cells after the final differentiation step by immunofluorescence staining, the existing protocol A expresses insulin and glucagon. Although cells were rarely found, it was observed that insulin and glucagon expressing cells formed a large number of colonies under the conditions established in the present invention (Protocol B).

7-3 : 유세포분석을 통한 분화효율 확인7-3: Identification of differentiation efficiency through flow cytometry

최종 분화 단계 후 분화 후 전체적인 인슐린 및 글루카곤 세포의분화율을 FACS로 분석하였다.  After the final differentiation step, the overall differentiation rate of insulin and glucagon cells after differentiation was analyzed by FACS.

구체적으로, 분화가 끝난 후 세포에 트립신-이디티에이를 처리해 단일 세포로 분리한 다음, PBS로 수회 세척한 후 4% 파라포름알데하이드를 이용하여 20분 동안 고정하였다. 다시 PBS로 수회 세척한 후 0.5 트라이톤 엑스 100 (trition X-100)을 처리하여 세포막의 투과성을 만들고, 1:100으로 희석된 인슐린 항체와 1:100으로 희석된 글루카곤 항체를 실온에서 30분 동안 반응시켰다. 그 후, PBS를 이용하여 세척한 후 형광이 붙은 2차 항체를 각 군에 처리하여 FACS 분석을 수행하였다.Specifically, after the differentiation was completed, the cells were treated with trypsin-IDA, separated into single cells, washed several times with PBS, and fixed with 4% paraformaldehyde for 20 minutes. After washing again with PBS several times, 0.5 triton X-100 was treated to make cell membrane permeability, and insulin antibody diluted 1: 100 and glucagon antibody diluted 1: 100 were reacted for 30 minutes at room temperature. Ordered. Subsequently, after washing with PBS, FACS analysis was performed by treating the fluorescently fluorescent secondary antibody to each group.

그 결과, 도 12에 나타난 바와 같이, 최종 분화 단계 후 분화 후 전체적인 인슐린 및 글루카곤 세포의분화율을 FACS로 분석한 결과, 프로토콜 A는 인슐린 발현 세포는 거의 관찰되지 않고, 글루카곤 발현세포만 29.2% 분화된 반면, 본 발명에서 확립한 조건(프로토콜 B)에서는 인슐린 발현 세포는 38.1%, 글루카곤 발현 세포는 23.1%로 분화된 것을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 12, after the final differentiation step, the overall differentiation rate of insulin and glucagon cells after differentiation was analyzed by FACS, and protocol A showed almost no insulin-expressing cells, and only glucagon-expressing cells differentiated by 29.2%. On the other hand, under the conditions established in the present invention (Protocol B), it was confirmed that insulin-expressing cells differentiated to 38.1% and glucagon-expressing cells to 23.1%.

<110> UNIVERSITY OF ULSAN FOUNDATION FOR INDUSTRY COOPERATION THE ASAN FOUNDATION <120> Composition for inducing dedifferentiation for insulin producing cells from human induced pluripotent stem cells and method for inducing insulin producing cells using the same <130> 1066489 <150> KR 10-2018-0131257 <151> 2018-10-30 <160> 26 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sox17 - forward <400> 1 cgctttcatg gtgtgggcta aggacg 26 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sox17 - reverse <400> 2 tagttggggt ggtcctgcat gtgctg 26 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FoxA2 - forward <400> 3 actggagcag ctacttagca gagc 24 <210> 4 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FoxA2 - reverse <400> 4 tcatggagtt catgttggcg tag 23 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CXCR4 - forward <400> 5 ggtggtctat gttggcgtct 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CXCR4 - reverse <400> 6 tggagtgtga cagcttggag 20 <210> 7 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH - forward <400> 7 aagggctcat gaccacagtc cat 23 <210> 8 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH - reverse <400> 8 caggaaatga gcttcacaaa gtt 23 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Pdx1 - forward <400> 9 gcatcccagg tctgtcttct 20 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Pdx1 - reverse <400> 10 atcccactgc cagaaaggtt 20 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Pax6 - forward <400> 11 gaggccctgg agaaagagtt 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Pax6 - reverse <400> 12 cttctccatt tggcccttcg 20 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NeuroD - forward <400> 13 gccgacggag attaggagaa 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NeuroD - reverse <400> 14 tcttgtcctg acactggcat 20 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Ngn3 - forward <400> 15 cttgctgctc aggaaatccc 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Ngn3 - reverse <400> 16 cttctggtcg ccaagttcag 20 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sox9 - forward <400> 17 tacgactaca ccgaccacca 20 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sox9 - reverse <400> 18 tcaaggtcga gtgagctgtg 20 <210> 19 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Cytokeratin 19 - forward <400> 19 ggacctgcgg gacaagattc ttggtg 26 <210> 20 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Cytokeratin 19 - reverse <400> 20 cgagatcggt gcccggagcg gaatcc 26 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> insulin - forward <400> 21 atcctggatc tcagctccct 20 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> insulin - reverse <400> 22 ctcacagccc ttcagagaca 20 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Somatostatin - forward <400> 23 aacccaacca gacggagaat 20 <210> 24 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Somatostatin - reverse <400> 24 tagccgggtt tgagttagca 20 <210> 25 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 18s RNA - forward <400> 25 gagcctgcgg cttaatttga 20 <210> 26 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 18s RNA - reverse <400> 26 aactaagaac ggccatgcac 20 <110> UNIVERSITY OF ULSAN FOUNDATION FOR INDUSTRY COOPERATION          THE ASAN FOUNDATION <120> Composition for inducing dedifferentiation for insulin producing          cells from human induced pluripotent stem cells and method for          inducing insulin producing cells using the same <130> 1066489 <150> KR 10-2018-0131257 <151> 2018-10-30 <160> 26 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sox17-forward <400> 1 cgctttcatg gtgtgggcta aggacg 26 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sox17-reverse <400> 2 tagttggggt ggtcctgcat gtgctg 26 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FoxA2-forward <400> 3 actggagcag ctacttagca gagc 24 <210> 4 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FoxA2-reverse <400> 4 tcatggagtt catgttggcg tag 23 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CXCR4-forward <400> 5 ggtggtctat gttggcgtct 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CXCR4-reverse <400> 6 tggagtgtga cagcttggag 20 <210> 7 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH-forward <400> 7 aagggctcat gaccacagtc cat 23 <210> 8 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH-reverse <400> 8 caggaaatga gcttcacaaa gtt 23 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Pdx1-forward <400> 9 gcatcccagg tctgtcttct 20 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Pdx1-reverse <400> 10 atcccactgc cagaaaggtt 20 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Pax6-forward <400> 11 gaggccctgg agaaagagtt 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Pax6-reverse <400> 12 cttctccatt tggcccttcg 20 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NeuroD-forward <400> 13 gccgacggag attaggagaa 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NeuroD-reverse <400> 14 tcttgtcctg acactggcat 20 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Ngn3-forward <400> 15 cttgctgctc aggaaatccc 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Ngn3-reverse <400> 16 cttctggtcg ccaagttcag 20 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sox9-forward <400> 17 tacgactaca ccgaccacca 20 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Sox9-reverse <400> 18 tcaaggtcga gtgagctgtg 20 <210> 19 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Cytokeratin 19-forward <400> 19 ggacctgcgg gacaagattc ttggtg 26 <210> 20 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Cytokeratin 19-reverse <400> 20 cgagatcggt gcccggagcg gaatcc 26 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> insulin-forward <400> 21 atcctggatc tcagctccct 20 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> insulin-reverse <400> 22 ctcacagccc ttcagagaca 20 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Somatostatin-forward <400> 23 aacccaacca gacggagaat 20 <210> 24 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Somatostatin-reverse <400> 24 tagccgggtt tgagttagca 20 <210> 25 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 18s RNA-forward <400> 25 gagcctgcgg cttaatttga 20 <210> 26 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 18s RNA-reverse <400> 26 aactaagaac ggccatgcac 20

Claims (11)

(ⅰ) 액티빈 A(activin A), CHIR99021, B27 및 LY294002을 포함하는 인간 유도만능 줄기세포(human induced pluripotent stem cells; iPSC)로부터 내배엽(definitive endoderm; DE)으로의 분화 유도용 조성물;
(ⅱ) 액티빈 A(activin A) 및 B27을 포함하는 내배엽 세포로부터 원시 장관(primitive gut tube; PGT)으로의 분화 유도용 조성물;
(ⅲ) B27, 돌소몰핀(dorsomorphin), 레티노산(retinoic acid), SB431542, FR180204 및 SANT-1을 포함하는 원시 장관으로부터 췌장 내배엽(pancreatic endoderm; PE)으로의 분화 유도용 조성물; 및
(ⅳ) B27, 포스콜린(forskolin), 덱사메타손(dexamethasone) 및 니코틴아미드(nicotinamide)을 포함하는 췌장 내배엽로부터 인슐린 생성 췌장 내분비 세포(endocrine pancrease; EP)로의 분화 유도용 조성물;로 구성된, 인간 유도만능 줄기세포(human induced pluripotent stem cells; iPSC) 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물.
(Iv) a composition for inducing differentiation from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) including activin A, CHIR99021, B27 and LY294002 to definitive endoderm (DE);
(Ii) a composition for inducing differentiation from endoderm cells including activin A and B27 to a primitive gut tube (PGT);
(Iii) a composition for inducing differentiation of pancreatic endoderm (PE) from the primitive intestinal tract including B27, dorsomorphin, retinoic acid, SB431542, FR180204 and SANT-1; And
(Iii) B27, a composition for inducing differentiation of pancreatic endoderm, including B27, forskolin, dexamethasone, and nicotinamide to insulin-producing pancreatic endocrine cells (endocrine pancrease; EP). A composition for inducing differentiation of insulin-producing cells derived from human induced pluripotent stem cells (iPSC).
제1항에 있어서, 상기 (ⅰ) 단계의 분화 유도용 조성물은 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A, 1 ~ 5 μM CHIR99021, 1 ~ 5% 1X B27, 및 15 ~ 25 μM LY294002을 포함하며,
상기 (ⅱ) 단계의 분화 유도용 조성물은 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A 및 1 ~ 5% 1X B27을 포함하며,
상기 (ⅲ) 단계의 분화 유도용 조성물은 1 ~ 5% 1X B27, 1 ~ 5 μM 돌소몰핀, 1 ~ 5 μM 레티노산, 5 ~ 15 μM SB431542, 1 ~ 5 μM FR180204 및 0.1 ~ 0.5 μM SANT-1을 포함하며,
상기 (ⅳ) 단계의 분화 유도용 조성물은 1 ~ 5% 1X B27, 5 ~ 15 μM 포스콜린, 5 ~ 15 μM 덱사메타손 및 5 ~ 15 μM 니코틴아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물.
According to claim 1, wherein the composition for inducing differentiation in step (i) comprises 50 to 150 ng / mL activin A, 1 to 5 μM CHIR99021, 1 to 5% 1X B27, and 15 to 25 μM LY294002,
The composition for inducing differentiation in step (ii) includes 50 to 150 ng / mL activin A and 1 to 5% 1X B27,
The composition for inducing differentiation in step (i) is 1-5% 1X B27, 1-5 μM dolsomorphine, 1-5 μM retinoic acid, 5-15 μM SB431542, 1-5 μM FR180204 and 0.1-0.5 μM SANT- Contains 1,
The composition for inducing differentiation in the step (i) is 1 to 5% 1X B27, 5 to 15 μM forskolin, 5 to 15 μM dexamethasone, and 5 to 15 μM nicotinamide, human induced pluripotent stem cells A composition for inducing differentiation of derived insulin producing cells.
제1항에 있어서, 상기 인간 유도만능 줄기세포는 섬유아세포(fibroblast) 유래이며, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc 및 SSEA4를 발현하는 것을 특징으로 하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물.
According to claim 1, The human induced pluripotent stem cells are fibroblast (fibroblast) derived, characterized in that expressing Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc and SSEA4, human induced pluripotent stem cell derived insulin producing cell differentiation Composition for induction.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도용 조성물을 유효성분으로 포함하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도 배지.
A medium for inducing human-derived pluripotent stem cell-derived insulin-producing cell differentiation, comprising the composition for inducing human-derived pluripotent stem cell-derived insulin-producing cell differentiation according to any one of claims 1 to 3 as an active ingredient.
제4항에 있어서, 상기 배지는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM(Minimal Essential Medium), 임프루브드 MEM(improved MEM), BME(Basal Medium Eagle), RPMI 1640(Roswell Park Memorial Institute medium 1640), 어드밴스드 RPMI 1640(Advanced RPMI1640), F-10, F-12, DMEM-F12, α-MEM(α-Minimal Essential Medium), G-MEM(Glasgow's Minimal Essential Medium) 및 IMDM(Iscove's Modified Dulbecco's Medium)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포 분화 유도 배지.
The medium of claim 4, wherein the medium is Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), Minimal Essential Medium (MEM), Improved MEM (MEM), Basal Medium Eagle (BME), Roswell Park Memorial Institute medium 1640 (RPM 1640). , Advanced RPMI 1640 (Advanced RPMI1640), F-10, F-12, DMEM-F12, α-MEM (α-Minimal Essential Medium), G-MEM (Glasgow's Minimal Essential Medium) and IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium) Insulin producing cell differentiation induction medium derived from human induced pluripotent stem cells, characterized in that it is selected from the group consisting of.
(a) 인간 유도만능 줄기세포를 액티빈 A(activin A), CHIR99021, B27 및 LY294002이 포함된 배지에서 배양하여 내배엽으로 분화를 유도하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 분화 유도된 내배엽을 액티빈 A(activin A) 및 B27이 포함된 배지에서 배양하여 원시 장관으로 분화를 유도하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 분화 유도된 원시 장관을 B27, 돌소몰핀(dorsomorphin), 레티노산(retinoic acid), SB431542, FR180204 및 SANT-1이 포함된 배지에서 배양하여 췌장 내배엽으로 분화를 유도하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계에서 분화 유도된 췌장 내배엽을 B27, 포스콜린(forskolin), 덱사메타손(dexamethasone) 및 니코틴아미드(nicotinamide)이 포함된 배지에서 배양하여 인슐린 생성 가능한 췌장 내분비 세포로 분화를 유도하는 단계;를 포함하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법.
(a) inducing differentiation into endoderm by culturing human induced pluripotent stem cells in a medium containing activin A, CHIR99021, B27 and LY294002;
(b) inducing differentiation into the primitive intestine by culturing the differentiation-derived endoderm in the medium containing activin A and B27 in step (a);
(c) The differentiation-induced primitive intestinal tract in step (b) is cultured in a medium containing B27, dorsomorphin, retinoic acid, SB431542, FR180204 and SANT-1 to induce differentiation into pancreatic endoderm. To do; And
(d) Inducing differentiation into pancreatic endocrine cells capable of producing insulin by culturing the differentiation-induced pancreatic endoderm in the medium containing B27, forskolin, dexamethasone, and nicotinamide in step (c). Including; comprising, human induced pluripotent stem cell-derived insulin producing cells differentiation induction method.
제6항에 있어서, 상기 (a) 단계는 인간 유도만능 줄기세포를 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A, 1 ~ 5 μM CHIR99021, 1 ~ 5% 1X B27, 및 15 ~ 25 μM LY294002이 포함된 배지에서 배양하여 내배엽으로 분화를 유도하며,
상기 (b) 단계는 내배엽을 50 ~ 150 ng/mL 액티빈 A 및 1 ~ 5% 1X B27이 포함된 배지에서 배양하여 원시 장관으로 분화를 유도하며,
상기 (c) 단계는 원시 장관을 1 ~ 5% 1X B27, 1 ~ 5 μM 돌소몰핀, 1 ~ 5 μM 레티노산, 5 ~ 15 μM SB431542, 1 ~ 5 μM FR180204 및 0.1 ~ 0.5 μM SANT-1이 포함된 배지에서 배양하여 췌장 내배엽으로 분화를 유도하며,
상기 (d) 단계는 췌장 내배엽을 1 ~ 5% 1X B27, 5 ~ 15 μM 포스콜린, 5 ~ 15 μM 덱사메타손 및 5 ~ 15 μM 니코틴아미드가 포함된 배지에서 배양하여 인슐린 생성 가능한 췌장 내분비 세포로 분화를 유도하는 것을 특징으로 하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법.
The method of claim 6, wherein step (a) comprises human induced pluripotent stem cells containing 50 to 150 ng / mL activin A, 1 to 5 μM CHIR99021, 1 to 5% 1X B27, and 15 to 25 μM LY294002. Cultured in the medium to induce differentiation into the endoderm,
In step (b), the endoderm is cultured in a medium containing 50 to 150 ng / mL activin A and 1 to 5% 1X B27 to induce differentiation into the primitive intestine,
In step (c), the primary intestine is 1-5% 1X B27, 1-5 μM dolsomorphine, 1-5 μM retinoic acid, 5-15 μM SB431542, 1-5 μM FR180204 and 0.1-0.5 μM SANT-1. Incubation in the included medium induces differentiation into pancreatic endoderm,
In step (d), pancreatic endoderm is cultured in a medium containing 1 to 5% 1X B27, 5 to 15 μM forskolin, 5 to 15 μM dexamethasone, and 5 to 15 μM nicotinamide to differentiate into insulin-producing pancreatic endocrine cells. Characterized in that, inducing differentiation of human-derived pluripotent stem cell-derived insulin producing cells.
제6항에 있어서, 상기 (a) 단계의 인간 유도만능 줄기세포는 섬유아세포(fibroblast) 유래이며, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc 및 SSEA4를 발현하는 것을 특징으로 하는, 인간 유도만능 줄기세포 유래 인슐린 생성 세포의 분화 유도 방법.
The human induced pluripotent stem cell of claim 6, wherein the human induced pluripotent stem cell of step (a) is derived from fibroblasts and expresses Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc and SSEA4. Method for inducing differentiation of derived insulin producing cells.
제6항 내지 제8항의 어느 한 항의 방법으로 제조된, 인슐린 생산 췌장 내분비 세포.
An insulin-producing pancreatic endocrine cell prepared by the method of claim 6.
제9항의 인슐린 생산 췌장 내분비 세포를 유효성분으로 포함하는 당뇨병 치료용 약학적 조성물.
A pharmaceutical composition for treating diabetes comprising the insulin-producing pancreatic endocrine cell of claim 9 as an active ingredient.
다음의 단계를 포함하는 인슐린의 대량 생산 방법:
(a) 제9항의 인슐린 생산 췌장 내분비 세포를 배양하는 단계; 및
(b) 상기 (a) 단계의 배양에 의한 배양물로부터 인슐린을 분리하는 단계.
A method for mass production of insulin comprising the following steps:
(A) culturing the insulin-producing pancreatic endocrine cells of claim 9; And
(B) separating the insulin from the culture by the culture of step (a).
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