KR20220050548A - Culture compositions for growth and inducing differentiation of salivary organoids from human salivary glandular stem cells and method for organoid maturation using the same - Google Patents

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KR20220050548A KR1020200134353A KR20200134353A KR20220050548A KR 20220050548 A KR20220050548 A KR 20220050548A KR 1020200134353 A KR1020200134353 A KR 1020200134353A KR 20200134353 A KR20200134353 A KR 20200134353A KR 20220050548 A KR20220050548 A KR 20220050548A
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Abstract

The present invention relates to a culture fluid composition for inducing growth and differentiation of human salivary gland stem cell-derived salivary gland organoid and a method for maturing organoid using the same. The present invention establishes the culture fluid composition to which neuregulin-1 (Nrg1) and retinyl acetate (RA) necessary for growth and maintenance of human salivary gland organoid are added. The present invention establishes organoid of a shape similar to tissue through 3D culture in vitro with the culture fluid composition to which a notch inhibitor (DAPT) is added for differentiation induction of the grown organoid therethrough. The organoid can be used for disease modeling, pathology research, drug screening, toxicity assessment, and gene manipulation.

Description

인간 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드의 성장 및 분화 유도용 배양액 조성물 및 이를 이용한 오가노이드 성숙 방법{Culture compositions for growth and inducing differentiation of salivary organoids from human salivary glandular stem cells and method for organoid maturation using the same}Culture compositions for growth and inducing differentiation of salivary organoids from human salivary glandular stem cells and method for organoid maturation using the same

본 발명은 인간 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드의 성장 및 분화 유도용 배양액 조성물 및 이를 이용한 오가노이드 성숙 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a culture medium composition for inducing growth and differentiation of salivary gland organoids derived from human salivary gland stem cells and a method for maturation of the organoids using the same.

"오가노이드(organoid)"란 조직에서나 혹은 배아줄기세포에서 유래된 세포를 이용하여 이를 3D 형태로 배양을 하여 마치 인공장기와 같은 형태로 만들 수 있는 것을 의미한다. 오가노이드는 장기의 ‘organ’과 같은 의미를 가진 접미어로 ‘장기와 유사한 것’이라는 말을 지니고 있다. 오가노이드는 3차원 배양 방법을 통하여 세포와 세포의 기능이 좀 더 잘 배열되고, 기능성을 가지는 기관 같은 형태와 기능을 지닌다. 오가노이드는 줄기세포연구와 3D 세포배양 등이 개발되고, 다양한 조직으로 분화시킬 수 있는 생장 및 분화 인자의 최적화 연구와 함께 주목을 받고 있다. "Organoid" means that cells derived from tissues or embryonic stem cells can be cultured in 3D form to form an artificial organ. Organoid is a suffix that has the same meaning as ‘organ’ of an organ, and has the word ‘organ-like’. Organoids have a more well-arranged cell and cell function through a three-dimensional culture method, and have a functional organ-like form and function. Organoids are receiving attention along with research on optimization of growth and differentiation factors that can differentiate into various tissues, with stem cell research and 3D cell culture being developed.

세포와 세포에서 유래한 오가노이드를 체외에서 더 오래 키우며, 계대 횟수를 늘릴 수 있고, 생체 모방적이게 만드는 것은 기존의 방법들에 비하여 단일 세포 또는 시작 단계의 세포들에서 더 많은 세포를 얻을 수 있음을 의미하여, 연구에 용이하게 만드는 것을 의미한다. 예를 들어, 약리 물질 선별 검사, 발생학 연구, 이식을 통한 기능 회복 등의 다양한 분야에 쓰일 수 있다. Growing cells and cell-derived organoids longer in vitro, increasing the number of passages, and making them biomimetic can obtain more cells from single cells or from cells in the starting stage compared to conventional methods. means to make it easier for research. For example, it can be used in various fields such as screening for pharmacological substances, embryology research, and functional recovery through transplantation.

세포를 증식 배지 (gland expansion medium)에서 키우는 것은 그들의 줄기세포 또는 전구 세포의 성질을 유지시키며 증식시킬 수 있다. 이 경우 오가노이드는 줄기세포 또는 전구세포로 구성된다. 따라서, 증식 배지에서 키우는 것은 증대된 양의 줄기세포 또는 전구세포, 그리고 이러한 세포들을 포함하고 있는 오가노이드를 얻을 수 있는 이점이 존재한다.Growing cells in a gland expansion medium can proliferate while maintaining the properties of their stem cells or progenitor cells. In this case, the organoid is composed of stem cells or progenitor cells. Therefore, growing in a growth medium has the advantage of obtaining an increased amount of stem cells or progenitor cells and organoids containing these cells.

다만, 타액선 오가노이드를 실제 연구에 적용하는 경우, 타액선의 형태 모사 및 고유의 표지자가 쉽사리 사라지고 발현되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이것은 타액선 특유의 복잡한 세포 신호 단계와 더불어 튜브 형태의 기관에서 기인하는 현상으로, 타액선 오가노이드의 성장 및 분화 유도를 위한 효과적인 배양액 및 이를 이용한 효과적인 오가노이드 성숙 방법의 개발이 요구되고 있다.However, when the salivary gland organoids are applied to actual research, it can be confirmed that the salivary gland morphology is simulated and the unique markers disappear easily and are not expressed. This is a phenomenon caused by tube-shaped organs along with complex cell signaling steps unique to the salivary gland, and development of an effective culture medium for inducing growth and differentiation of salivary gland organoids and an effective organoid maturation method using the same is required.

한국등록특허 제10-1953978호 (2019.02.25 등록)Korean Patent Registration No. 10-1953978 (Registered on February 25, 2019)

본 발명의 목적은 뉴레귤린-1(Neuregulin-1; Nrg1) 및 비타민 A(Vitamin A)를 유효성분으로 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a culture medium composition for growth or maintenance of salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells comprising Neuregulin-1 (Nrg1) and vitamin A (Vitamin A) as active ingredients.

또한, 본 발명의 다른 목적은 Nrg1 및 Notch 억제제인 DAPT를 유효성분으로 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 분화 유도용 배양액 조성물을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a culture solution composition for inducing differentiation of salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells comprising Nrg1 and DAPT, a Notch inhibitor, as active ingredients.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물을 이용한 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 배양 방법 및 타액선 오가노이드 분화 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for culturing salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells and a method for differentiating salivary gland organoids using the composition.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Nrg1 및 비타민 A를 유효성분으로 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a culture solution composition for growth or maintenance of salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells comprising Nrg1 and vitamin A as active ingredients.

또한, 본 발명은 Nrg1 및 Notch 억제제인 DAPT를 유효성분으로 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 분화 유도용 배양액 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a culture medium composition for inducing differentiation of salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells comprising Nrg1 and DAPT, a Notch inhibitor, as active ingredients.

또한, 본 발명은 (1) 타액선 조직으로부터 타액선 줄기세포를 분리하는 단계; (2) 상기 분리된 타액선 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계; 및 (3) 상기 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 타액선 줄기세포를 배양하여, 타액선 오가노이드로 성장시키는 단계를 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 배양 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) isolating salivary gland stem cells from salivary gland tissue; (2) contacting the isolated salivary gland stem cells with an extracellular matrix (ECM); and (3) culturing the salivary gland stem cells in contact with the ECM in the culture solution composition for growth or maintenance of the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoids, and growing them into salivary gland organoids. provides

또한, 본 발명은 (1) Nrg1이 포함된 배양액 조성물에 타액선 오가노이드를 배양하는 단계; 및 (2) 상기 타액선 오가노이드 배양액에 Notch 억제제인 DAPT를 첨가하여 추가 배양하는 단계를 포함하는 타액선 오가노이드 분화 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) culturing salivary gland organoids in a culture solution composition containing Nrg1; And (2) it provides a salivary gland organoid differentiation method comprising the step of further culturing by adding DAPT, a Notch inhibitor, to the salivary gland organoid culture medium.

또한, 본 발명은 (1) 타액선 조직으로부터 타액선 줄기세포를 분리하는 단계; (2) 상기 분리된 타액선 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계; (3) 상기 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 타액선 줄기세포를 배양하여, 타액선 오가노이드로 성장시키는 단계; (4) 상기 성장된 타액선 오가노이드를 Nrg1이 포함된 배양액 조성물에 배양하는 단계; 및 (5) 상기 (4) 단계의 타액선 오가노이드 배양액에 Notch 억제제인 DAPT를 첨가하여 추가 배양하는 단계를 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드의 성장 및 분화 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) isolating salivary gland stem cells from salivary gland tissue; (2) contacting the isolated salivary gland stem cells with an extracellular matrix (ECM); (3) culturing the salivary gland stem cells in contact with the ECM in a culture solution composition for growth or maintenance of the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoids, and growing them into salivary gland organoids; (4) culturing the grown salivary gland organoids in a culture solution containing Nrg1; and (5) adding DAPT, a Notch inhibitor, to the salivary gland organoid culture medium of step (4) and culturing the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoids.

본 발명은 인간 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드의 성장 및 분화 유도용 배양액 조성물 및 이를 이용한 오가노이드 성숙 방법에 관한 것으로, 상세하게는 인간 타액선 오가노이드의 성장 및 유지에 필수적인 뉴레귤린-1(Neuregulin-1; Nrg1)과 Vitamin A (Retinyl acetate, RA)가 첨가된 배양액 조성을 확립하였고, 이를 통하여 성장된 오가노이드의 분화 유도를 위해 Notch 억제제(DAPT) 등이 첨가된 배양액 조성으로 조직과 유사한 모양의 오가노이드를 시험관 내(in vitro) 3차원 배양을 통해 확립하였으며, 상기 오가노이드는 질환 모델링, 병리연구, 약물스크리닝, 독성평가, 유전자조작에 활용될 수 있다. The present invention relates to a culture medium composition for inducing growth and differentiation of human salivary gland stem cell-derived salivary gland organoids and a method for maturation of the organoid using the same, and more particularly, to Neuregulin-1 essential for growth and maintenance of human salivary gland organoids. 1; Nrg1) and Vitamin A (Retinyl acetate, RA) were added to establish a culture medium composition, and through this, a culture medium containing Notch inhibitor (DAPT), etc. was added to induce differentiation of grown organoids. Nodes were established through three-dimensional culture in vitro, and the organoids can be utilized for disease modeling, pathology research, drug screening, toxicity evaluation, and genetic manipulation.

도 1은 IGF-1 성장인자가 포함된 오가노이드 배양액에 배양한 인간 타액선 오가노이드의 현미경 사진을 나타낸다.
도 2는 IGF-1 성장인자가 포함된 오가노이드 배양액에 배양한 인간 타액선 오가노이드의 마커 발현 확인 결과를 나타낸다.
도 3은 Nrg-1 성장인자가 포함된 오가노이드 배양액에 배양한 인간 타액선 오가노이드의 현미경 사진을 나타낸다.
도 4는 RA가 포함된 오가노이드 성장 배양액에 배양한 인간 타액선 오가노이드의 유전자 발현 및 현미경 사진을 나타낸다.
도 5는 Nrg-1 성장인자가 포함된 오가노이드 성장 배양액에 배양한 인간 타액선 오가노이드의 염색 결과를 나타낸다
도 6은 Nrg-1과 DAPT가 들어간 오가노이드 분화 배양액으로 배양한 인간 타액선 오가노이드의 현미경 사진을 나타낸다
도 7은 Nrg-1과 DAPT를 포함시킨 분화 배양액에 배양한 인간 타액선 오가노이드의 현미경 사진과 염색 결과를 나타낸다.
1 shows a photomicrograph of human salivary gland organoids cultured in an organoid culture medium containing IGF-1 growth factor.
2 shows the results of confirming the expression of markers in human salivary gland organoids cultured in an organoid culture medium containing IGF-1 growth factor.
3 shows a photomicrograph of human salivary gland organoids cultured in an organoid culture medium containing Nrg-1 growth factor.
4 shows gene expression and micrographs of human salivary gland organoids cultured in an organoid growth culture medium containing RA.
5 shows the staining results of human salivary gland organoids cultured in an organoid growth culture medium containing Nrg-1 growth factor.
6 shows a photomicrograph of human salivary gland organoids cultured in an organoid differentiation culture medium containing Nrg-1 and DAPT.
7 shows micrographs and staining results of human salivary gland organoids cultured in a differentiated culture medium containing Nrg-1 and DAPT.

본 발명은 Nrg1 및 비타민 A를 유효성분으로 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물을 제공한다.The present invention provides a culture solution composition for growth or maintenance of salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells, comprising Nrg1 and vitamin A as active ingredients.

또한, 본 발명은 Nrg1 및 Notch 억제제인 DAPT를 유효성분으로 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 분화 유도용 배양액 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a culture medium composition for inducing differentiation of salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells comprising Nrg1 and DAPT, a Notch inhibitor, as active ingredients.

바람직하게는, 상기 배양액 조성물은 최종 농도 7.5 내지 150 ng/mL의 Nrg1을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the culture solution composition may include a final concentration of 7.5 to 150 ng/mL of Nrg1, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물은 표 1에 기재된 구성성분으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoid growth or maintenance culture solution composition may consist of the components shown in Table 1, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 분화 유도용 배양액 조성물은 표 2에 기재된 구성성분으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoid differentiation induction culture solution composition may consist of the components shown in Table 2, but is not limited thereto.

본 명세서에 있어서, "비타민 A(Vitamin A)"는 "레티닐 아세테이트(Retinyl acetate; RA)"와 동의어로 기재되었다.In this specification, "vitamin A (Vitamin A)" has been described as synonymous with "retinyl acetate (Retinyl acetate; RA)".

한편, 본 발명에서와 같이, 세포를 증식 배지 (gland expansion medium)에서 배양하는 것은 그들의 줄기세포 또는 전구 세포의 성질을 유지시키며, 증식시킬 수 있다. 이 경우 오가노이드는 줄기세포 또는 전구세포로 구성된다. 따라서, 증식 배지에서 키우는 것은 증대된 양의 줄기세포 또는 전구세포, 그리고 이러한 세포들을 포함하고 있는 오가노이드를 얻을 수 있는 이점이 존재한다.Meanwhile, as in the present invention, culturing the cells in a gland expansion medium maintains the properties of their stem cells or progenitor cells, and can be proliferated. In this case, the organoid is composed of stem cells or progenitor cells. Therefore, growing in a growth medium has the advantage of obtaining an increased amount of stem cells or progenitor cells and organoids containing these cells.

본 발명의 뉴레귤린-1(Neuregulin-1; Nrg1)은 내재적 Wnt 분비 작용제로서, 내재적 Wnt 분비 경로는 타액선 상피성 줄기세포에서 ErbB2와 ErbB3의 이형이량체화(hetero-dimerization) 하류(down stream)의 활성화로 일어난다. Neuregulin-1 (Nrg1) of the present invention is an endogenous Wnt secretion agonist, and the intrinsic Wnt secretion pathway is downstream of hetero-dimerization of ErbB2 and ErbB3 in salivary gland epithelial stem cells occurs due to the activation of

또한, 본 발명의 배양액 조성물에는 Wnt 작용제(e.g. R-spondin), TGF-beta 억제제(e.g. A83-01), cAMP 경로 활성화제(e.g. VIP, Forskolin, Prostagladin E2), BMP 저해제(e.g. Noggin, Gremilin 1) 또는 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factor; FGF) 등이 추가될 수 있다.In addition, the culture medium composition of the present invention includes a Wnt agonist (e.g. R-spondin), a TGF-beta inhibitor (e.g. A83-01), a cAMP pathway activator (e.g. VIP, Forskolin, Prostagladin E2), a BMP inhibitor (e.g. Noggin, Gremilin 1) ) or fibroblast growth factor (FGF) may be added.

상기에서, Wnt 작용제는 Wnt 경로를 활성화 시킬 수 있는 어떤 작용제라도 사용할 수 있다. 예를 들어, Lgr4, 5, 6의 작용제인 R-spondin 1, 2, 3, 4 중 하나를 포함할 수 있다. R-spondin 1의 경우, 50, 100, 250, 500, 1000 ng/mL의 농도가 선호되고, R-spondin 3의 경우, 25, 50, 100, 250, 500 ng/mL의 농도가 선호된다.In the above, the Wnt agonist may be any agent capable of activating the Wnt pathway. for example, one of R-spondin 1, 2, 3, 4, which is an agonist of Lgr4, 5, 6. For R-spondin 1, concentrations of 50, 100, 250, 500, and 1000 ng/mL are preferred, and for R-spondin 3, concentrations of 25, 50, 100, 250, and 500 ng/mL are preferred.

상기에서, TGF-beta 억제제는 인간 오가노이드 형성 효율을 증가시키기 때문에 배지에 첨가되는 것이 유리하다. TGF-beta 신호는 세포 성장, 세포 운명 및 세포자살을 포함한 많은 세포 기능에 관여한다. 신호 전달은 전형적으로 TGF-beta 수퍼 패밀리 기질이 제1형 수용체에 결합하는 것으로 시작된다. 그런 다음 제1형 수용체는 SMAD를 인산화하여 핵에서 전사 인자로 작용하고 표적 유전자 발현을 조절한다. 예를 들어, A83-01의 경우, 50, 500, 1000, 2000, 5000 nM의 농도가 선호된다.In the above, it is advantageous to add the TGF-beta inhibitor to the medium because it increases the efficiency of human organoid formation. TGF-beta signaling is involved in many cellular functions, including cell growth, cell fate and apoptosis. Signal transduction typically begins with the binding of TGF-beta superfamily substrates to type 1 receptors. Type 1 receptors then phosphorylate SMAD, acting as a transcription factor in the nucleus and regulating target gene expression. For example, for A83-01, concentrations of 50, 500, 1000, 2000, 5000 nM are preferred.

상기에서, BMP 저해제는 BMP 분자에 달라붙어 BMP 활성을 억제하거나, BMP 수용체에 달라붙어 BMP와의 결합을 방해하는 것을 의미한다. BMP 억제제로의 예로는 Noggin과 Gremlin이 있다. 이러한 확산성 단백질들은 BMP 기질에 달라붙어 그들의 수용체로의 결합을 억제한다. 이러한 BMP 저해제의 첨가는 줄기세포를 유지하는데 도움을 준다. 선호하는 BMP 저해제는 Noggin이며, Noggin은 증식 배지에 10, 25, 50, 100 ng/mL로 첨가되었다. 선호되는 농도는 100 ng/mL이다. In the above, the BMP inhibitor means to inhibit BMP activity by sticking to a BMP molecule, or to interfere with binding to BMP by sticking to a BMP receptor. Examples of BMP inhibitors include Noggin and Gremlin. These diffusive proteins bind to the BMP substrate and inhibit their binding to their receptors. The addition of these BMP inhibitors helps to maintain stem cells. The preferred BMP inhibitor is Noggin, which was added at 10, 25, 50 or 100 ng/mL to the growth medium. The preferred concentration is 100 ng/mL.

상기에서, FGF는 FGF 수용체 1 및 FGF 수용체 2에 작용할 수 있는 것을 선택할 수 있으며, 주로, FGF1, FGF2, FGF7, FGF10을 사용하였다. FGF1의 경우, 20, 40, 100 ng/mL의 농도가, FGF2의 경우 5, 20, 40, 100 ng/mL의 농도가, FGF7의 경우, 20, 40, 100 ng/mL의 농도가, FGF10의 경우, 10, 20, 40, 100 ng/mL의 농도가 선호된다. 때로 250, 500 ng/mL의 농도도 사용될 수 있다. In the above, FGF can be selected to act on FGF receptor 1 and FGF receptor 2, mainly, FGF1, FGF2, FGF7, FGF10 was used. For FGF1, concentrations of 20, 40, 100 ng/mL, for FGF2, concentrations of 5, 20, 40, and 100 ng/mL, for FGF7, concentrations of 20, 40, and 100 ng/mL, FGF10 , concentrations of 10, 20, 40 and 100 ng/mL are preferred. Sometimes concentrations of 250 or 500 ng/mL may be used.

또한, 본 발명은 (1) 타액선 조직으로부터 타액선 줄기세포를 분리하는 단계; (2) 상기 분리된 타액선 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계; 및 (3) 상기 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 타액선 줄기세포를 배양하여, 타액선 오가노이드로 성장시키는 단계를 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 배양 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) isolating salivary gland stem cells from salivary gland tissue; (2) contacting the isolated salivary gland stem cells with an extracellular matrix (ECM); and (3) culturing the salivary gland stem cells in contact with the ECM in the culture solution composition for growth or maintenance of the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoids, and growing them into salivary gland organoids. provides

바람직하게는, 상기 배양된 타액선 오가노이드는 도관(Ductal) 마커인 CK5 및 CK7, 선방 세포(acinar cell) 마커인 SLC12A2 및 AQP5, 근상피세포(myoepithelial cell) 마커인 ACTA2와, Ki67 및 LGR5가 발현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the cultured salivary gland organoids express ductal markers CK5 and CK7, acinar cell markers SLC12A2 and AQP5, myoepithelial cell markers ACTA2, and Ki67 and LGR5 may be, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 (1) Nrg1이 포함된 배양액 조성물에 타액선 오가노이드를 배양하는 단계; 및 (2) 상기 타액선 오가노이드 배양액에 Notch 억제제인 DAPT를 첨가하여 추가 배양하는 단계를 포함하는 타액선 오가노이드 분화 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) culturing salivary gland organoids in a culture solution composition containing Nrg1; And (2) it provides a salivary gland organoid differentiation method comprising the step of further culturing by adding DAPT, a Notch inhibitor, to the salivary gland organoid culture medium.

또한, 본 발명은 (1) 타액선 조직으로부터 타액선 줄기세포를 분리하는 단계; (2) 상기 분리된 타액선 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계; (3) 상기 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 타액선 줄기세포를 배양하여, 타액선 오가노이드로 성장시키는 단계; (4) 상기 성장된 타액선 오가노이드를 Nrg1이 포함된 배양액 조성물에 배양하는 단계; 및 (5) 상기 (4) 단계의 타액선 오가노이드 배양액에 Notch 억제제인 DAPT를 첨가하여 추가 배양하는 단계를 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드의 성장 및 분화 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) isolating salivary gland stem cells from salivary gland tissue; (2) contacting the isolated salivary gland stem cells with an extracellular matrix (ECM); (3) culturing the salivary gland stem cells in contact with the ECM in a culture solution composition for growth or maintenance of the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoids, and growing them into salivary gland organoids; (4) culturing the grown salivary gland organoids in a culture solution containing Nrg1; and (5) adding DAPT, a Notch inhibitor, to the salivary gland organoid culture medium of step (4) and culturing the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoids.

본 발명에 있어서, 타액선 줄기세포를 배양하는 방법은 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)와 접촉시켜 타액선 줄기세포를 배양하는 것을 포함한다. 임의의 적합한 세포 외 매트릭스가 사용될 수 있다. 분리된 타액선 줄기세포는 바람직하게는 상기 타액선 줄기세포가 자연적으로 존재하는 세포 미세 환경을 부분적으로 모방하는 환경에서 배양된다. 이러한 세포 틈새는 줄기세포 운명을 제어하는 주요 조절 신호를 제공하는 세포 외 매트릭스와 같은 생체 물질의 존재하에서 상기 줄기세포를 배양함으로써 모방 될 수 있다. 세포 틈새는 줄기세포 및 주변 세포 및 상기 틈새의 세포에 의해 생성된 세포 외 매트릭스에 의해 부분적으로 결정된다. 본 발명의 바람직한 방법에서, 타액선 줄기세포는 세포 외 매트릭스와 접촉하여 배양된다. "접촉"은 물리적 또는 기계적 또는 화학적 접촉을 의미하며, 이는 상기 생성된 타액선 오가노이드 또는 타액선 줄기세포 집단을 상기 세포 외 매트릭스로부터 분리하기 위해 힘이 사용될 필요가 있음을 의미한다. 바람직하게는, 타액선 줄기세포는 ECM에 매립된다. 본 발명의 배양액은 세포 외 매트릭스로 확산 될 수 있다.In the present invention, the method for culturing salivary gland stem cells includes culturing the salivary gland stem cells by contacting them with an extracellular matrix (ECM). Any suitable extracellular matrix may be used. The isolated salivary gland stem cells are preferably cultured in an environment that partially mimics the cellular microenvironment in which the salivary gland stem cells naturally exist. This cell niche can be mimicked by culturing the stem cells in the presence of a biomaterial such as an extracellular matrix that provides key regulatory signals that control stem cell fate. The cell niche is determined in part by the extracellular matrix produced by stem cells and surrounding cells and cells in the niche. In a preferred method of the present invention, the salivary gland stem cells are cultured in contact with an extracellular matrix. "Contact" means physical or mechanical or chemical contact, meaning that force needs to be used to separate the resulting population of salivary gland organoids or salivary gland stem cells from the extracellular matrix. Preferably, the salivary gland stem cells are embedded in the ECM. The culture medium of the present invention can be diffused into the extracellular matrix.

본 발명에서 사용되는 용어에 대한 정의는 이하와 같다. Definitions of terms used in the present invention are as follows.

“타액(saliva)”은 이하선, 악하선, 설하선 및 구강점막에 존재하는 점액선 등으로부터 분비되는 혼합액이다. 타액은 인체의 핵심 성분으로 타액선에서 생성되어 구강 내로 배출된다. 타액은 인체의 필수 성분으로서, 생체활성단백질, 소화효소, 점액, 면역글로불린, 각종 염류 등이 포함되어 있다. “Saliva” is a mixed solution secreted from the parotid, submandibular, sublingual and mucous glands in the oral mucosa. Saliva is a key component of the human body, produced in the salivary glands and discharged into the oral cavity. Saliva is an essential component of the human body and contains bioactive proteins, digestive enzymes, mucus, immunoglobulins, and various salts.

타액은 구강 내 건강뿐만 아니라 인체의 항상성 유지에 매우 중요한 역할을 수행한다. 예를 들어 타액의 주요 성분인 뮤신(mucin), 면역글로불린 등은 외부의 감염으로부터 1차적인 방어 역할을 수행하며, 구강 및 치아의 윤활 및 수분 유지, pH 중화 기능을 통하여 구강점막 및 치아를 보호한다. 뿐만 아니라 타액에는 프티알린(ptyalin) 등의 아밀라아제(amylase)와 같은 소화 효소들이 있어 전분을 말토오스 단위까지 분해하는 등 소화를 촉진시키는 기능을 담당한다. 또한 타액의 분비에 의하여 인체의 수분대사 및 체온 조절이 이루어질 수 있으며, 유독물(I, Hg, Pb 등)을 배설하기도 한다. Saliva plays a very important role in maintaining the homeostasis of the human body as well as oral health. For example, the main components of saliva, mucin and immunoglobulin, play a primary defense role against external infection, and protect the oral mucosa and teeth through lubrication and moisture maintenance of the oral cavity and teeth, and neutralizing pH. do. In addition, saliva contains digestive enzymes such as amylase, such as ptyalin, which promotes digestion by decomposing starch to maltose units. In addition, the body's water metabolism and body temperature control can be achieved by the secretion of saliva, and toxic substances (I, Hg, Pb, etc.) are excreted.

“타액선(침샘, salivary gland)”은 타액을 생성, 분비하는 기관으로 이하선(귀밑샘, parotid gland), 악하선(턱밑샘, submaxillary gland), 설하선(혀밑샘, sublingual gland)과 같은 주타액선(major salivary gland)과, 점액선(mucous gland)과 같이 구강점막(mucous membrane of oral cavity)에 존재하는 점액선(mucous gland)과 같이 구강점막의 여러 부위에 분포하는 소타액선(minor salivary gland)으로 분류된다.The “salivary gland” is an organ that produces and secretes saliva. ) and minor salivary glands distributed in various parts of the oral mucosa, such as mucous glands existing in the mucous membrane of oral cavity, such as mucous glands.

본 발명에 있어서, "오가노이드(organoid)"란 조직에서나 혹은 배아줄기세포에서 유래된 세포를 이용하여 이를 3D 형태로 배양을 하여 마치 인공장기와 같은 형태로 만들 수 있는 것을 의미한다. 오가노이드는 장기의 ‘organ’과 같은 의미를 가진 접미어로 ‘장기와 유사한 것’이라는 말을 지니고 있다. 오가노이드는 3차원 배양 방법을 통하여 세포와 세포의 기능이 좀 더 잘 배열되고, 기능성을 가지는 기관 같은 형태와 기능을 지닌다. 오가노이드는 줄기세포연구와 3D 세포배양 등이 개발되고, 다양한 조직으로 분화시킬 수 있는 생장 및 분화 인자의 최적화 연구와 함께 주목을 받고 있다.In the present invention, "organoid" means that it can be made in the form of an artificial organ by culturing it in a 3D form using cells derived from tissues or embryonic stem cells. Organoid is a suffix that has the same meaning as ‘organ’ of an organ, and has the word ‘organ-like’. Organoids have a more well-arranged cell and cell function through a three-dimensional culture method, and have a functional organ-like form and function. Organoids are receiving attention along with research on optimization of growth and differentiation factors that can differentiate into various tissues, with stem cell research and 3D cell culture being developed.

이하, 하기 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through the following examples. However, the present invention is not limited by these examples.

<< 실험예Experimental example >>

하기의 실험예들은 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.The following experimental examples are intended to provide experimental examples commonly applied to each embodiment according to the present invention.

1. 시약1. Reagents

본 발명에 다음의 시약들이 사용되었다. The following reagents were used in the present invention.

소혈청 알부민(Bovine Serum Albumin; BSA), 1×HBSS solution (# 14025092, Gibco), Collagenase, type II (# 4176, Worthington), Hyaluronidase (# H3506, Sigma), Y-27632 dihydrochloride (# 1254, Tocris), 48 well plate for suspension culture (# 677102, Greiner Bio-one), Reduced Growth Factor Basement Membrane Matrix, Type 2 (BME 2) (# 3533-001-02, Trevigen), Advanced DMEM/F12 (# 12634010, Gibco), Primocin (# anti-pm, Invivogen), HEPES (# 15630-080, Gibco), GlutaMAX (# 35050-061, Gibco), B27 (# 17504-044, Gibco), B27, minus vitamin A (# 12587-010, Gibco), NAC (N-acetyl-cysteine; # A9165, Sigma), Nicotinamide (# N0636, Sigma), A83-01 (# 2939, Tocris), Noggin (# 6057-NG, R&D), Nrg1 (Neuregulin-1; # 100-03, Peprotech), FGF2 (# 100-18B, Peprotech), FGF7 (# 100-19, Peprotech), FGF10 (# 100-26, Peprotech), RSPO1 (R-spondin 1, #120-38, Peprotech), Afamin/Wnt3a (# J-ORMW301R, MBL), TrypLE express (# 12605-010, Life technologies), CellBanker 1 (Zenoaq).Bovine Serum Albumin (BSA), 1×HBSS solution (# 14025092, Gibco), Collagenase, type II (# 4176, Worthington), Hyaluronidase (# H3506, Sigma), Y-27632 dihydrochloride (# 1254, Tocris) ), 48 well plate for suspension culture (# 677102, Greiner Bio-one), Reduced Growth Factor Basement Membrane Matrix, Type 2 (BME 2) (# 3533-001-02, Trevigen), Advanced DMEM/F12 (# 12634010, Gibco), Primocin (#anti-pm, Invivogen), HEPES (#15630-080, Gibco), GlutaMAX (#35050-061, Gibco), B27 (#17504-044, Gibco), B27, minus vitamin A (# 12587-010, Gibco), NAC (N-acetyl-cysteine; #A9165, Sigma), Nicotinamide (#N0636, Sigma), A83-01 (#2939, Tocris), Noggin (#6057-NG, R&D), Nrg1 (Neuregulin-1; #100-03, Peprotech), FGF2 (#100-18B, Peprotech), FGF7 (#100-19, Peprotech), FGF10 (#100-26, Peprotech), RSPO1 (R-spondin 1, #120-38, Peprotech), Afamin/Wnt3a (#J-ORMW301R, MBL), TrypLE express (#12605-010, Life technologies), CellBanker 1 (Zenoaq).

2. 인간 타액선 줄기세포 유래 2. Derived from human salivary gland stem cells 오가노이드organoid 제작 produce

(1) 인간 타액선 샘플을 채취한 후, 이를 보존액 (1% BSA가 첨가된 1× HBSS)에 넣어 당일 또는 다음날 실험 진행 전까지 4℃ 냉장고에 보관한다.(1) After collecting a human salivary gland sample, put it in a preservative solution (1× HBSS with 1% BSA) and store it in a refrigerator at 4℃ until the next day or the next day.

(2) 타액선 샘플이 있는 보존액에 콜라게네이즈 타입 II(Collagenase type II) 0.5 mg/ml, 히알루로니데이즈(Hyaluronidase) 0.5 mg/ml, Y-27632 10 mM을 첨가하여 용해 용액(digestion solution)을 총 20 ml 만든 후, 37℃ 교반 배양기에 200 rpm으로 30 분간 보관한다.(2) Collagenase type II 0.5 mg/ml, hyaluronidase 0.5 mg/ml, Y-27632 10 mM is added to the preservation solution with the salivary gland sample to obtain a digestion solution After making a total of 20 ml, it is stored in a stirred incubator at 37°C at 200 rpm for 30 minutes.

(3) 반응시킨 타액선 샘플을 70 ㎛ 여과기(strainer)로 걸러서 용해되지 않은 조직을 제거한 후, 걸러진 용액을 300 g에 5 분간 원심분리하여 세포만을 얻는다.(3) Filter the reacted salivary gland sample with a 70 μm strainer to remove undissolved tissue, and then centrifuge the filtered solution at 300 g for 5 minutes to obtain only cells.

(4) 세포수를 센 후, 48 웰 플레이트 기준 1.0 × 104 cells이 들어가도록 세포수를 계산하여 다시 한 번 같은 조건으로 원심분리를 시행한다.(4) After counting the number of cells, count the number of cells to contain 1.0 × 10 4 cells based on a 48-well plate, and centrifuge again under the same conditions.

(5) 미리 1시간 이상 37℃에서 가열된 48 웰 플레이트를 꺼내서 한 웰 당 20 ul의 BME 2 매트릭스(matrix)를 세포 펠렛과 잘 섞은 후 각 웰에 분주하여 돔(dome) 형태를 만든다. 그 후 37℃에 20분간 보관한 후, 배지를 250 ul 각 웰에 넣어주어 배양한다.(5) Take out the 48-well plate heated at 37° C. for at least 1 hour in advance, mix 20 ul of BME 2 matrix per well with the cell pellet, and then dispense into each well to make a dome shape. Thereafter, after storage at 37° C. for 20 minutes, the culture medium is put into each well of 250 ul and cultured.

(6) 이 때, 배양액 조성은 표 1과 같다.(6) At this time, the composition of the culture medium is shown in Table 1.

(7) 배양 중에 2-3일 간격으로 기존의 배양액을 제거한 후, 새 배양액으로 교체해준다. (7) Remove the existing culture medium every 2-3 days during culture, and then replace it with a new one.

(8) 2주가 지나면 계대 배양(subculture)을 수행한다. (8) Perform subculture after 2 weeks.

 성장 배양액growth medium 최종 농도final concentration Advanced DMEM/F12Advanced DMEM/F12   Primocin (500 ×)Primocin (500 ×) 1 ×1 × HEPES (100 ×)HEPES (100 ×) 1 ×1 × Glutamax (100 ×)Glutamax (100 ×) 1 ×1 × B27 (50 ×) plus vitamin AB27 (50 ×) plus vitamin A 1 ×1 × NACNAC 1 mM1 mM NicotinamideNicotinamide 10 mM10 mM A83-01A83-01 0.5 μM0.5 μM Afamin/Wnt3aAfamin/Wnt3a 1%One% Rspo1Rspo1 100 ng/ml100 ng/ml NogginNoggin 100 ng/ml100 ng/ml Nrg1Nrg1 50 ng50 ng /ml/ml FGF7FGF7 20 ng/ml20 ng/ml FGF2FGF2 20 ng/ml20 ng/ml Y-27632Y-27632 5 μM5 μM

** Afamin/Wnt3a 은 배양 후 첫 3일 동안만 배양액 조성에 첨가해준다.** Afamin/Wnt3a is added to the culture medium only for the first 3 days after culture.

** B27 plus vitamin A에는 300 nM의 retinyl acetate가 포함되어 있다.** B27 plus vitamin A contains 300 nM of retinyl acetate.

3. 인간 타액선 줄기세포 유래 3. Derived from human salivary gland stem cells 오가노이드의organoid 분화 differentiation

(1) 상기의 방법대로 계대 후 10일 배양한 오가노이드에서 표 2와 같은 배양액 조성으로 배양액을 교체해 준다.(1) Replace the culture medium with the culture medium composition shown in Table 2 in the organoids cultured for 10 days after passage as described above.

(2) 2-3일 간격으로 배양액을 교체해 주고, 5일이 지난 후에 배양액에 DAPT (Notch inhibitor, 10 μM)을 처리하여 2일을 더 배양한다. (2) Change the culture medium every 2-3 days, and after 5 days, treat the culture medium with DAPT (Notch inhibitor, 10 μM) and incubate for 2 more days.

(3) 오가노이드 샘플을 수확하여 실험에 사용한다.(3) The organoid sample is harvested and used for the experiment.

 분화 배양액Differentiation culture 최종 농도final concentration Advanced DMEM/F12Advanced DMEM/F12   PrimocinPrimocin 1 ×1 × HEPESHEPES 1 ×1 × GlutamaxGlutamax 1 ×1 × B27 (without vitamin A)B27 (without vitamin A) 1 ×1 × NACNAC 1 mM1 mM A83-01A83-01 0.5 μM0.5 μM Rspo1Rspo1 100 ng/ml100 ng/ml Nrg1Nrg1 50 ng50 ng /ml/ml FGF7FGF7 20 ng/ml20 ng/ml FGF2FGF2 20 ng/ml20 ng/ml FGF10FGF10 50 ng/ml50 ng/ml DAPT**DAPT** 10 μM10 μM

** DAPT는 마지막 2-3일 동안만 배양액에 첨가해준다.** DAPT is added to the culture medium only for the last 2-3 days.

4. 인간 타액선 줄기세포 유래 4. Derived from human salivary gland stem cells 오가노이드의organoid 계대passage

(1) 배양액을 제거한 후, 48 웰 플레이트 1 웰 당 500 ul의 TrypLE Express (10 mM의 Y-27632 첨가)를 넣어주어 피펫팅(pipetting) 한 후, 37℃ 수조에 10분간 반응시킨다.(1) After removing the culture medium, 500 ul of TrypLE Express (10 mM Y-27632 added) per 1 well of a 48-well plate is pipetted, followed by reaction in a 37°C water bath for 10 minutes.

(2) 1 ml의 Advanced DMEM/F12를 넣어 준 후 피펫팅(pipetting)을 세게 20회 이상 시행한 후, 300 g로 5분간 원심분리한다.(2) After adding 1 ml of Advanced DMEM/F12, pipetting vigorously more than 20 times, and then centrifuging at 300 g for 5 minutes.

(3) 세포 펠렛을 40 ㎛ 여과기(strainer)로 걸러내어 분리되지 않은 오가노이드를 걸러내서 제거한다. (3) Filter the cell pellet with a 40 μm strainer to filter out unremoved organoids.

(4) 걸러진 세포 부유물은 세포수를 세어서 상기 오가노이드 제작 방법을 반복한다.(4) The filtered cell suspension is counted and the above organoid preparation method is repeated.

<< 실시예Example > >

지금까지 인간 조직 유래 오가노이드에서 잘 알려져 있는 배양 조건을 활용하여 인간 타액선 오가노이드 배양액에 적용해 보았다. 그 중에서, 인간 장 조직 오가노이드 배양액에 사용된 성장인자인 IGF-1이 들어간 배양액을 활용하여 오가노이드 배양을 시도해 보았다. 인간 타액선 오가노이드를 매트리젤(Matrigel)에 심은 상태로 2주간 IGF-1 성장인자가 포함된 배양액에 배양했을 때에 오가노이드의 성장이 잘 유지되는 것을 현미경 사진상에서 확인하였다(도 1, 좌). 그러나, H&E 염색으로 오가노이드를 이루는 세포의 종류를 확인하였을 때, 오가노이드 안쪽에서 세포질이 염색되지 않는 투명한 세포 형태(clear cell type)가 관찰되었다(도 1, 우).So far, well-known culture conditions for human tissue-derived organoids have been used and applied to human salivary gland organoid cultures. Among them, organoid culture was attempted using a culture medium containing IGF-1, a growth factor used in human intestinal tissue organoid culture medium. When human salivary gland organoids were planted in Matrigel and cultured in a culture medium containing IGF-1 growth factors for 2 weeks, it was confirmed on a micrograph that the growth of the organoids was well maintained (FIG. 1, left). However, when the type of cells constituting the organoid was confirmed by H&E staining, a clear cell type in which the cytoplasm was not stained inside the organoid was observed (FIG. 1, right).

이는, 편평세포 화생(squamous cell metaplasia)의 대표적인 표현형 중 하나로, 정상 타액선 조직에서는 관찰되지 않으므로 조직의 성질을 대변하는 오가노이드의 특성을 잘 반영하지 않았다고 해석하였다. 이와 일치하게, 타액선 조직에서 발견하는 여러 가지 마커 유전자의 발현을 면역염색 기법으로 오가노이드 내에서 확인하였을 때, 선방 세포(acinar cell) 마커인 AQP5, 내강 세포(luminal cell) 마커인 CK7 및 근상피세포(myoepithelial cell) 마커인 ACTA2가 잘 발현되지 않고, 기저 세포에서 발현하는 CK5가 주로 발현하는 점으로 보아, 기저 세포가 주로 분포하는 오가노이드가 형성되었음을 확인하였다. 또한, SLC12A2, CNN1의 발현이 안쪽에서 관찰되는 것으로 편평세포(squamous cell)로의 화생(metaplasia)이 오가노이드 내부에서 일어났음을 확인하였다(도 2). Ki67로 분열하는 세포를 확인하였을 때, 오가노이드 바깥쪽에서 주로 성장이 이루어지고 있음을 확인하였고, 이러한 세포들 주위에서 LGR5가 발현하는 것으로 보아, 오가노이드의 성장에서 WNT 경로가 중요하게 작용함을 확인할 수 있다.This is one of the representative phenotypes of squamous cell metaplasia, and since it is not observed in normal salivary gland tissue, it was interpreted that the characteristics of organoids representing the properties of the tissue were not well reflected. Consistent with this, when the expression of various marker genes found in salivary gland tissue was confirmed in organoids by immunostaining technique, AQP5, an acinar cell marker, CK7, a luminal cell marker, and myoepithelium Since ACTA2, a myoepithelial cell marker, was not well expressed and CK5 expressed in basal cells was mainly expressed, it was confirmed that organoids in which basal cells were mainly distributed were formed. In addition, the expression of SLC12A2 and CNN1 was observed from the inside, confirming that metaplasia into squamous cells occurred inside the organoid (FIG. 2). When the cells dividing by Ki67 were confirmed, it was confirmed that growth was mainly performed outside the organoid, and it was confirmed that LGR5 was expressed around these cells, confirming that the WNT pathway plays an important role in the growth of the organoid. can

정상 타액선 조직의 성질을 오가노이드에서 잘 구현하지 못하는 문제를 보완하기 위해, 기존의 오가노이드 배양액에 사용하는 여러 가지 다른 인자들에 대한 스크리닝을 진행하였고, 그 중에서 뉴레귤린-1(Neuregulin-1; Nrg1)을 EGF와 IGF-1 대신 배양액에 첨가하였다. 그 결과, 기존의 조건과 비교하였을 때 비슷한 정도의 성장을 보이는 오가노이드 배양 조건에서(도 3, 좌), 일부의 오가노이드에서 타액선의 분화와 관련된 표현 형질인 Cleft 형성이 관찰되었다(도 3, 우).In order to compensate for the problem that the properties of normal salivary gland tissue are not well implemented in organoids, various other factors used in the existing organoid culture medium were screened, and among them, Neuregulin-1 (Neuregulin-1; Nrg1) was added to the culture medium instead of EGF and IGF-1. As a result, in organoid culture conditions that showed a similar growth compared to the existing conditions (Fig. 3, left), cleft formation, an phenotypic trait related to salivary gland differentiation, was observed in some organoids (Fig. 3, right).

위의 조건에서 retinyl acetate(RA)에 따른 유전자 발현 정도를 비교 분석하였을 때, RA에 따라 luminal cell marker인 Krt7이 증가하는 것으로 확인되었지만, acinar cell marker인 Aqp5은 감소시키는 것으로 확인되어 RA가 분화를 오히려 억제하는 것을 확인하였다(도 4, 좌). 뿐만 아니라, RA의 유무에 따른 오가노이드의 성장 정도를 확인하였을 때, RA가 배양액에 추가되었을 때 오가노이드의 성장이 훨씬 증진된 것으로 확인되어(도 4, 우) RA는 성장 배양액에는 추가하는 것으로, 분화 배양액에는 제외하는 것으로 조건을 정하였다.When the gene expression level according to retinyl acetate (RA) was comparatively analyzed under the above conditions, it was confirmed that Krt7 , a luminal cell marker, increased according to RA, but it was confirmed that Aqp5 , an acinar cell marker, was decreased. Rather, it was confirmed that the inhibition was (Fig. 4, left). In addition, when checking the growth degree of organoids according to the presence or absence of RA, it was confirmed that the growth of organoids was much enhanced when RA was added to the culture medium (Fig. 4, right). , the conditions were determined to be excluded from the differentiation culture medium.

H&E 염색 기법으로 염색한 결과, 작은 내강(lumen)이 관찰되었고, 여러 가지 유전자의 발현을 살펴보았을 때, 도관(Ductal) 마커인 CK5, CK7, 선방 세포(acinar cell) 마커인 NKCC1, AQP5, 근상피세포(myoepithelial cell) 마커인 ACTA2가 발현하는 것으로 확인되었다(도 5). Ki67 발현을 통해서 해당 오가노이드가 활발히 성장하고 있음을 확인하였고, LGR5 발현을 통해서 오가노이드에서 WNT 경로가 작동됨을 확인하였다. 하지만, 선방 세포(acinar cell)의 분화 마커인 MIST1은 발현되지 않는 것으로 보아, 해당 오가노이드는 최종 분화까지는 진행되지 않은 상태의 오가노이드임을 확인할 수 있다. As a result of staining with the H&E staining technique, a small lumen was observed. When examining the expression of various genes, ductal markers CK5 and CK7, acinar cell markers NKCC1, AQP5, and It was confirmed that ACTA2, a myoepithelial cell marker, was expressed ( FIG. 5 ). It was confirmed that the corresponding organoid was actively growing through Ki67 expression, and it was confirmed that the WNT pathway was activated in the organoid through LGR5 expression. However, since MIST1, a differentiation marker of acinar cells, is not expressed, it can be confirmed that the corresponding organoid is an organoid that has not progressed until final differentiation.

분화 배양액 조성을 정하기 위해 지금까지 다른 장기의 선행 연구에서 오가노이드의 분화에 관련된 여러 가지 조성물을 대상으로 타액선 오가노이드 분화에 어떠한 영향을 주는지를 확인해 보았다. 그 결과, Notch inhibitor인 DAPT가 들어간 배양액에서 타액선 조직에서 나타나는 특성 중 하나인 budding과 cleft formation이 나타나는 것을 확인하였다(도 6). 시도해 본 조건 중 DAPT와 Rspo1이 들어간 배양액에서 제일 높은 오가노이드 수득률과 분화 특성이 보였으므로 위 두가지가 포함된 배양액을 분화 배양액 조성으로 정하여 추가 실험을 수행하였다.In order to determine the composition of the differentiation culture medium, previous studies on other organs have examined how various compositions related to organoid differentiation affect the differentiation of salivary gland organoids. As a result, it was confirmed that budding and cleft formation, one of the characteristics appearing in the salivary gland tissue, appeared in the culture medium containing the Notch inhibitor DAPT (FIG. 6). Among the tried conditions, the culture medium containing DAPT and Rspo1 showed the highest organoid yield and differentiation characteristics, so an additional experiment was performed by selecting the culture medium containing the above two as the composition of the differentiation medium.

따라서 상기에 기재한 대로 인간 타액선 오가노이드를 1주일간 분화시킨 후, 모양과 유전자 발현을 확인하였을 때, 선포(acinus)가 형성이 되면서 분기(branching)가 되는 것을 현미경 상에서 확인하였고, H&E 염색 결과 내강(lumen)이 커져 있고 여러 종류의 세포로 구성되었음을 확인하였다(도 7). 또한, IF 염색으로 선방 세포(acinar cell) 마커인 AQP5와 근상피세포(myoepithelial cell) 마커인 ACTA2를 확인하였을 때, 기존의 조직에서 관찰되는 형태대로 AQP5는 내강(lumen) 근처에서 발현이 되고, ACTA2는 바깥쪽에서 발현되는 것을 확인하였다. 이를 통하여 기존의 성장 배양 조건에서의 발현보다 분화 후 마커 발현이 좀 더 조직의 그것과 비슷함을 확인하였다.Therefore, as described above, after differentiation of human salivary gland organoids for 1 week, when the shape and gene expression were confirmed, it was confirmed under a microscope that acinus was formed and branched, and as a result of H&E staining, the lumen (lumen) was enlarged and it was confirmed that it was composed of several types of cells (FIG. 7). In addition, when AQP5, an acinar cell marker, and ACTA2, a myoepithelial cell marker, were confirmed by IF staining, AQP5 was expressed near the lumen as observed in existing tissues, ACTA2 was confirmed to be expressed from the outside. Through this, it was confirmed that the expression of the marker after differentiation was more similar to that of the tissue than the expression in the existing growth culture conditions.

Claims (9)

뉴레귤린-1(Neuregulin-1; Nrg1) 및 비타민 A(Vitamin A)를 유효성분으로 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물.A culture medium composition for growth or maintenance of salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells comprising Neuregulin-1 (Nrg1) and vitamin A (Vitamin A) as active ingredients. Nrg1 및 Notch 억제제인 DAPT를 유효성분으로 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 분화 유도용 배양액 조성물.A culture solution composition for inducing differentiation of salivary gland organoids derived from salivary gland stem cells comprising Nrg1 and DAPT, a Notch inhibitor, as active ingredients. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배양액 조성물은 최종 농도 7.5 내지 150 ng/mL의 Nrg1을 포함하는 것을 특징으로 하는 배양액 조성물.[Claim 3] The culture solution composition according to claim 1 or 2, wherein the culture solution composition comprises Nrg1 at a final concentration of 7.5 to 150 ng/mL. 제1항에 있어서, 상기 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 성장 또는 유지용 배양액 조성물은 표 1에 기재된 구성성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배양액 조성물.According to claim 1, wherein the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoid growth or maintenance culture solution composition, characterized in that consisting of the components shown in Table 1. 제2항에 있어서, 상기 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 분화 유도용 배양액 조성물은 표 2에 기재된 구성성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배양액 조성물.The culture solution composition according to claim 2, wherein the salivary gland stem cell-derived salivary gland organoid differentiation induction culture solution composition consists of the components shown in Table 2. (1) 타액선 조직으로부터 타액선 줄기세포를 분리하는 단계;
(2) 상기 분리된 타액선 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계; 및
(3) 제1항에 따른 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 타액선 줄기세포를 배양하여, 타액선 오가노이드로 성장시키는 단계를 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 배양 방법.
(1) isolating the salivary gland stem cells from the salivary gland tissue;
(2) contacting the isolated salivary gland stem cells with an extracellular matrix (ECM); and
(3) A salivary gland stem cell-derived salivary gland organoid culture method comprising the step of culturing the salivary gland stem cells in contact with the ECM in the culture solution composition according to claim 1, and growing them into salivary gland organoids.
제6항에 있어서, 상기 배양된 타액선 오가노이드는 도관(Ductal) 마커인 CK5 및 CK7, 선방 세포(acinar cell) 마커인 SLC12A2 및 AQP5, 근상피세포(myoepithelial cell) 마커인 ACTA2와, Ki67 및 LGR5가 발현되는 것을 특징으로 하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드 배양 방법.7. The method of claim 6, wherein the cultured salivary gland organoids are ductal markers CK5 and CK7, acinar cell markers SLC12A2 and AQP5, myoepithelial cell markers ACTA2, and Ki67 and LGR5 Salivary gland stem cell-derived salivary gland organoid culture method, characterized in that the expression. (1) Nrg1이 포함된 배양액 조성물에 타액선 오가노이드를 배양하는 단계; 및
(2) 상기 타액선 오가노이드 배양액에 Notch 억제제인 DAPT를 첨가하여 추가 배양하는 단계를 포함하는 타액선 오가노이드 분화 방법.
(1) culturing salivary gland organoids in a culture solution composition containing Nrg1; and
(2) A salivary gland organoid differentiation method comprising the step of further culturing by adding DAPT, a Notch inhibitor, to the salivary gland organoid culture medium.
(1) 타액선 조직으로부터 타액선 줄기세포를 분리하는 단계;
(2) 상기 분리된 타액선 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계;
(3) 제1항에 따른 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 타액선 줄기세포를 배양하여, 타액선 오가노이드로 성장시키는 단계;
(4) 상기 성장된 타액선 오가노이드를 Nrg1이 포함된 배양액 조성물에 배양하는 단계; 및
(5) 상기 (4) 단계의 타액선 오가노이드 배양액에 Notch 억제제인 DAPT를 첨가하여 추가 배양하는 단계를 포함하는 타액선 줄기세포 유래 타액선 오가노이드의 성장 및 분화 방법.
(1) isolating the salivary gland stem cells from the salivary gland tissue;
(2) contacting the isolated salivary gland stem cells with an extracellular matrix (ECM);
(3) culturing the salivary gland stem cells in contact with the ECM in the culture solution composition according to claim 1, and growing them into salivary gland organoids;
(4) culturing the grown salivary gland organoids in a culture solution containing Nrg1; and
(5) A method for growth and differentiation of salivary gland stem cell-derived salivary gland organoids comprising the step of further culturing by adding DAPT, a Notch inhibitor, to the salivary gland organoid culture medium of step (4).
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