KR20220061920A - Gene carrier comprising exosome derived from human peripheral blood and uses thereof - Google Patents

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KR20220061920A
KR20220061920A KR1020220035535A KR20220035535A KR20220061920A KR 20220061920 A KR20220061920 A KR 20220061920A KR 1020220035535 A KR1020220035535 A KR 1020220035535A KR 20220035535 A KR20220035535 A KR 20220035535A KR 20220061920 A KR20220061920 A KR 20220061920A
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mir
peripheral blood
human peripheral
exosome
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정보영
강지영
윤누리
김효은
문다솜
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a gene carrier comprising exosomes derived from human peripheral blood, and uses thereof. More specifically, the present invention can provide: a carrier for regulating gene expression in heart cells containing exosomes derived from human peripheral blood; and a pharmaceutical composition for preventing or treating heart disease.

Description

인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀을 포함하는 유전자 전달체 및 이의 용도{Gene carrier comprising exosome derived from human peripheral blood and uses thereof}Gene carrier comprising exosome derived from human peripheral blood and uses thereof

인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀을 포함하는 유전자 전달체 및 이의 용도에 관한 것이다.It relates to a gene carrier comprising exosomes derived from human peripheral blood and uses thereof.

심장 질환 (cardiovascular disease: CVD)은 세계 최고 사망률을 기록하고 있는 질병으로 세계보건기구의 보고에 의하면 2030년까지 2360만명이 심장 질환으로 사망할 것으로 예상하고 있다. 또한, 심근 경색증 (myocardial infarction)은 성인 돌연사 원인 1위를 차지하는 치명적인 질환으로 계속 증가하는 추세에 있다. 심장 질환의 원인으로는 흡연, 섭식, 과체중, 비만, 혈당 대사 문제 등이 존재하며, 혈압 강하, 혈청 콜레스테롤 하강, 심리적 치료를 통하여 심장 질환을 예방 및 치료하고자 하는 연구가 지속되고 있다. Cardiovascular disease (CVD) is the disease with the highest mortality rate in the world, and according to the World Health Organization (WHO) report, it is expected that 23.6 million people will die from heart disease by 2030. In addition, myocardial infarction (myocardial infarction) is a fatal disease that occupies the number one cause of sudden death in adults, and continues to increase. Causes of heart disease include smoking, eating, overweight, obesity, and problems with blood sugar metabolism, and research to prevent and treat heart disease through lowering blood pressure, lowering serum cholesterol, and psychological treatment is continuing.

한편, 최근 연구들은 miR-21을 포함하는 일부 miRNA가 심근 경색의 병리학적 진행, 예를 들어, 심장 섬유화 수준을 조절함을 보고하고 있다. 그러나 상기 miRNA를 기반으로 한 치료법은 miRNA를 생체 내에서 안전하고, 효율적, 및 특이적으로 표적 세포에 전달하여야 한다는 기술적 한계를 지니고 있다. 이러한 기술적 배경 하에서, 심장 세포로의 우수한 전달 효율을 갖는 약물 또는 유전자 전달 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으나(한국 등록특허 제10-1896082호), 아직은 미비한 실정이다. Meanwhile, recent studies report that some miRNAs including miR-21 regulate the pathological progression of myocardial infarction, for example, the level of cardiac fibrosis. However, the miRNA-based therapy has technical limitations in that miRNAs must be safely, efficiently, and specifically delivered to target cells in vivo. Under this technical background, research on a drug or gene delivery system having excellent delivery efficiency to cardiac cells is being actively conducted (Korean Patent Registration No. 10-1896082), but the situation is still insufficient.

일 양상은 일 양상은 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀; 및 상기 엑소좀에 봉입된 mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, 또는 cDNA로부터 선택되는 유전 물질을 포함하는, 심장 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다. One aspect is an exosome derived from human peripheral blood; And it is to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating heart disease, comprising a genetic material selected from mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, or cDNA encapsulated in the exosome.

다른 양상은 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀; 및 상기 엑소좀에 봉입된 mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, 또는 cDNA로부터 선택되는 유전 물질을 포함하는 심장 세포의 유전자 발현 조절용 전달체를 제공하는 것이다. Another aspect is exosomes derived from human peripheral blood; And to provide a delivery system for regulating the gene expression of cardiac cells comprising a genetic material selected from mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, or cDNA encapsulated in the exosome.

본 출원의 다른 목적 및 이점은 첨부한 청구범위 및 도면과 함께 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. 본 명세서에 기재되지 않은 내용은 본 출원의 기술 분야 또는 유사한 기술 분야 내 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.Other objects and advantages of the present application will become more apparent from the following detailed description in conjunction with the appended claims and drawings. Content not described in this specification will be omitted because it can be sufficiently recognized and inferred by those skilled in the technical field or similar technical field of the present application.

본 출원에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.Each description and embodiment disclosed in this application may also be applied to each other description and embodiment. That is, all combinations of the various elements disclosed in the present application fall within the scope of the present application. In addition, it cannot be seen that the scope of the present application is limited by the detailed description described below.

일 양상은 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀; 및 상기 엑소좀에 봉입된 mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, 또는 cDNA로부터 선택되는 유전 물질을 포함하는, 심장 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다. One aspect is exosomes derived from human peripheral blood; And it provides a pharmaceutical composition for preventing or treating heart disease, comprising a genetic material selected from mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, or cDNA encapsulated in the exosome.

본 명세서에서 사용되는 용어, “예방”은 본 발명에 따른 약학적 조성물의 투여에 의해 심장 질환을 억제시키거나 발병을 지연시키는 모든 행위를 의미한다.As used herein, the term “prevention” refers to any action that suppresses or delays the onset of heart disease by administering the pharmaceutical composition according to the present invention.

본 명세서에서 사용되는 용어, “치료”는 본 발명에 따른 약학적 조성물의 투여에 의해 심장 질환에 대한 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.As used herein, the term “treatment” refers to any action in which symptoms for heart disease are improved or beneficially changed by administration of the pharmaceutical composition according to the present invention.

상기 약학적 조성물에 의한 예방 또는 치료 대상 질병인 "심장 질환"은 허혈성 심장 질환일 수 있다. 상기 허혈성 심장 질환은 심장 세포 또는 심장 근육으로의 혈액 공급량 부족으로 인해 발생하는 질환으로서, 심근 세포 등의 세포사가 유발되어 조직이 영구적으로 손상되는 질환을 의미한다. 상기 심장 질환으로는 예를 들어, 협심증, 심근경색, 죽상동맥경화, 심장 부정맥, 심장마비, 또는 심장발작일 수 있다. The "heart disease" which is a disease to be prevented or treated by the pharmaceutical composition may be an ischemic heart disease. The ischemic heart disease is a disease that occurs due to insufficient blood supply to cardiac cells or heart muscle, and refers to a disease in which cell death such as myocardial cells is induced and tissue is permanently damaged. The heart disease may be, for example, angina pectoris, myocardial infarction, atherosclerosis, cardiac arrhythmias, heart attack, or heart attack.

본 명세서에서 사용되는 용어, "엑소좀(exosome)"은 다양한 세포들로부터 분비되는 막 구조의 작은 소낭으로서, 다낭체와 원형질막의 융합이 일어나 세포 밖 환경으로 방출되는 소낭을 의미한다. 일 실시예에 따르면, 상기 엑소좀은 인간 말초 혈액으로부터 유래 또는 분리한 것일 수 있다. As used herein, the term "exosome" refers to a small vesicle with a membrane structure secreted from various cells, and refers to a vesicle that is released into the extracellular environment after fusion of the polycystic body and the plasma membrane. According to one embodiment, the exosome may be derived or isolated from human peripheral blood.

일 구체예에 있어서, 상기 엑소좀은 심장 질환의 치료 효과를 갖는 mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, 또는 cDNA로부터 선택되는 유전 물질을 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 엑소좀은 상기 유전 물질이 봉입되어 있을 수 있다. In one embodiment, the exosome may further include a genetic material selected from mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, or cDNA having a therapeutic effect on heart disease, for example, The exosome may have the genetic material encapsulated therein.

또한, 상기 유전 물질로는 당업계에 심장 질환의 치료 효과를 갖는 것으로 알려져 있는 다양한 물질이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 유전 물질은 FGF family, VEGF, PlGF, PDGF, EGF, GM-CSF, PGE2, TNF-α, TGF-β, 및 IL-1과 관련된 유전 물질일 수 있으며(Korean Circulation J 2000; 30(6):772-779). 또한, 상기 유전 물질은 심장 질환의 치료 효과를 갖는 miRNA과 관련된 유전 물질일 수 있으며, 예를 들어, 심장 세포의 STRN 유전자의 발현을 증가시키거나, 심장 세포의 STRN 및 NOS 유전자의 발현을 증가시키는 물질일 수 있다. 상기 유전 물질은 예를 들어, miR-21 inhibitor일 수 있고, 예를 들어, 서열 번호 1로 표시되는 유전 물질일 수 있다. In addition, as the genetic material, various materials known in the art to have a therapeutic effect on heart disease may be applied. For example, the genetic material may be a genetic material related to FGF family, VEGF, PlGF, PDGF, EGF, GM-CSF, PGE2, TNF-α, TGF-β, and IL-1 (Korean Circulation J 2000; 30(6):772-779). In addition, the genetic material may be a genetic material related to miRNA having a therapeutic effect on heart disease, for example, increasing the expression of STRN gene in cardiac cells or increasing the expression of STRN and NOS genes in cardiac cells. It may be a substance. The genetic material may be, for example, miR-21 inhibitor, for example, the genetic material represented by SEQ ID NO: 1.

일 구체예에 있어서, 상기 엑소좀은 50 내지 150nm의 직경을 갖는 것일 수 있다. 상기 엑소좀의 직경은 예를 들어, 50 내지 130nm, 50 내지 110nm, 50 내지 90nm, 50 내지70nm, 70 내지 130nm, 70 내지 110nm, 70 내지 90nm, 90 내지 130nm, 90 내지 110nm일 수 있다. In one embodiment, the exosome may have a diameter of 50 to 150 nm. The diameter of the exosomes may be, for example, 50 to 130 nm, 50 to 110 nm, 50 to 90 nm, 50 to 70 nm, 70 to 130 nm, 70 to 110 nm, 70 to 90 nm, 90 to 130 nm, 90 to 110 nm.

일 구체예에 있어서, 상기 엑소좀은 Alix, LAMP2, CD9, CD63, CD81, 및 이의 조합으로부터 선택되는 단백질 마커를 발현하는 것일 수 있다. In one embodiment, the exosome may express a protein marker selected from Alix, LAMP2, CD9, CD63, CD81, and combinations thereof.

일 실시예에 따르면, 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀은 H9C2 및 HL-1 심장 세포주에 효과적으로 흡수(uptake)됨을 확인할 수 있었으며(실시예 1), 상기 엑소좀에 특정 유전 물질을 봉입시킨 뒤, 이를 심장 세포주 및 심근경색 동물 모델에 적용한 결과, 유의적인 치료 효능을 확인할 수 있었다(실시예 2 및 3). 또한, 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀은 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀은 생체 내에서 안전성을 보여주며, 심장 세포로의 우수한 흡수 및 유전 물질 전달능을 나타냄을 확인할 수 있었다(실시예 4 및 5). 아울러, 일 실시예에 따른 miR-21 inhibitor가 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀은 심근 경색 동물에서 유의적인 치료 효능을 보여 주었고, 이들의 세부적인 치료 기전 역시 실험적으로 확인할 수 있었다(실시예 6 및 7).According to one embodiment, it was confirmed that exosomes derived from human peripheral blood were effectively uptaked into H9C2 and HL-1 cardiac cell lines (Example 1), and after encapsulating a specific genetic material in the exosomes, As a result of applying this to cardiac cell lines and myocardial infarction animal model, significant therapeutic efficacy was confirmed (Examples 2 and 3). In addition, exosomes derived from human peripheral blood showed safety in vivo, and it was confirmed that the exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment exhibited excellent absorption into cardiac cells and ability to transfer genetic material (implementation). Examples 4 and 5). In addition, exosomes derived from human peripheral blood loaded with miR-21 inhibitor according to an embodiment showed significant therapeutic efficacy in myocardial infarction animals, and their detailed treatment mechanisms could also be experimentally confirmed (Example 6 and 7).

따라서, 일 실시예에 따른 약학적 조성물은 심장 질환의 치료를 위한 유효성분으로 활용될 수 있다. Therefore, the pharmaceutical composition according to an embodiment may be utilized as an active ingredient for the treatment of heart disease.

상기 약학적 조성물은 약학적으로 유효한 양의 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀을 단독으로 포함하거나 하나 이상의 약학적으로 허용되는 담체, 부형제 또는 희석제를 포함할 수 있다. 상기에서 약학적으로 유효한 양이란 심장 질환의 증상을 예방, 개선 및 치료하기에 충분한 양을 의미한다. 상기 엑소좀의 약학적으로 유효한 양은 5×103 내지 5×1010 particles/day/체중(kg)일 수 있으며, 5×109 particles/day/체중 kg일 수 있다. 그러나 상기 약학적으로 유효한 양은 심장 질환 증상의 정도, 환자의 연령, 체중, 건강상태, 성별, 투여 경로 및 치료 기간 등에 따라 적절히 변화될 수 있다. 또한, 상기 "약학적으로 허용되는"이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 위장 장애, 현기증과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 조성물을 의미한다. 상기 담체, 부형제 및 희석제의 예로는, 락토즈, 덱스트로즈, 수크로즈, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 폴리비닐피롤리돈, 물, 메틸하이드록시벤조에이트, 프로필하이드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다. 또한, 충진제, 항응집제, 윤활제, 습윤제, 향료, 유화제 및 방부제 등을 추가로 포함할 수 있다.The pharmaceutical composition may include a pharmaceutically effective amount of exosomes derived from human peripheral blood alone or may include one or more pharmaceutically acceptable carriers, excipients or diluents. In the above, the pharmaceutically effective amount means an amount sufficient to prevent, improve, and treat symptoms of heart disease. The pharmaceutically effective amount of the exosome may be 5×10 3 to 5×10 10 particles/day/weight (kg), and may be 5×10 9 particles/day/kg body weight. However, the pharmaceutically effective amount may be appropriately changed depending on the severity of heart disease symptoms, the age, weight, health status, sex, administration route, and treatment period of the patient. In addition, the "pharmaceutically acceptable" means a composition that is physiologically acceptable and does not normally cause gastrointestinal disorders, allergic reactions such as dizziness or similar reactions when administered to humans. Examples of such carriers, excipients and diluents include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, gum acacia, alginate, gelatin, calcium phosphate, calcium silicate, cellulose, methyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, water, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil. In addition, fillers, anti-agglomeration agents, lubricants, wetting agents, flavoring agents, emulsifiers and preservatives and the like may be further included.

상기 약학적 조성물은 약학적 분야에서 통상의 방법에 따라 환자의 신체 내 투여에 적합한 단위 투여형의 제제로 제형화시켜 투여할 수 있으며, 상기 제제는 1회 또는 수회 투여에 의해 심장 세포 또는 심근세포를 발달시킬 수 있는 효과적인 투여량을 포함한다. 이러한 목적에 적합한 제형으로는 비경구투여 제제로서 주사용 앰플과 같은 주사제 등이 바람직하다. 상기 주사용 앰플은 사용 직전에 주사액과 혼합 조제할 수 있으며, 주사액으로는 생리 식염수, 포도당, 만니톨, 링거액 등을 사용할 수 있다. The pharmaceutical composition may be formulated and administered in a unit dosage form suitable for administration in a patient's body according to a method conventional in the pharmaceutical field, and the preparation may be administered to heart cells or cardiomyocytes by one or several administrations. effective dosages to develop As a formulation suitable for this purpose, an injection such as an ampoule for injection is preferable as a formulation for parenteral administration. The injection ampoule may be prepared by mixing with an injection solution immediately before use, and physiological saline, glucose, mannitol, Ringer's solution, etc. may be used as the injection solution.

상기 약학적 조성물에는 상기 유효성분 외에 하나 또는 그 이상의 약학적으로 허용가능한 통상의 불활성 담체, 예를 들어, 주사제의 경우에는 보존제, 무통화제, 가용화제 또는 안정화제 등을, 국소 투여용 제제의 경우에는 기제 (base), 부형제, 윤활제 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.In the pharmaceutical composition, in addition to the active ingredient, one or more pharmaceutically acceptable conventional inert carriers, for example, preservatives, analgesics, solubilizers or stabilizers in the case of injections, and the like, in the case of formulations for topical administration It may further include a base (base), excipients, lubricants or preservatives and the like.

상기 약학적 조성물은 쥐, 생쥐, 가축, 인간 등의 포유동물에 비경구, 경구 등의 다양한 경로로 투여될 수 있으며, 투여 방법은 당업계에서 통상적으로 사용하는 모든 방식에 의해 투여될 수 있다. 이에 제한되지는 않으나, 경구, 직장 또는 정맥, 근육, 피하, 자궁내 경막 또는 뇌혈관 내(intracerebroventricular) 주사 등에 의해 투여될 수 있다. The pharmaceutical composition may be administered to mammals such as rats, mice, livestock, and humans by various routes such as parenteral and oral administration, and the administration method may be administered by any method commonly used in the art. Although not limited thereto, it may be administered by oral, rectal or intravenous, intramuscular, subcutaneous, intrauterine dural or intracerebroventricular injection.

다른 양상은 상기 약학적 조성물을 개체에 투여하는 단계를 포함하는 심장 질환의 치료방법을 제공할 수 있다. Another aspect may provide a method for treating heart disease, comprising administering the pharmaceutical composition to a subject.

본 명세서에서 사용되는 용어, "개체"는 질병의 치료를 필요로 하는 대상을 의미하고, 보다 구체적으로는, 인간 또는 비-인간인 영장류, 생쥐(mouse), 개, 고양이, 말 및 소 등의 포유류를 의미한다.As used herein, the term "subject" refers to a subject in need of treatment for a disease, and more specifically, human or non-human primates, mice, dogs, cats, horses and cattle. means mammals.

또 다른 양상은 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀; 및 상기 엑소좀에 봉입된 mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, 또는 cDNA로부터 선택되는 유전 물질을 포함하는 심장 세포의 유전자 발현 조절용 전달체를 제공할 수 있다.Another aspect is exosomes derived from human peripheral blood; And it is possible to provide a vehicle for regulating gene expression in cardiac cells comprising a genetic material selected from mRNA, tRNA, rRNA, siRNA, miRNA, gDNA, pDNA, or cDNA encapsulated in the exosome.

하기 유전자 발현 조절용 전달체서 언급된 용어 또는 요소 중 상기 약학적 조성물에 대한 설명에서 언급된 것과 같은 것은, 상기한 바와 같다. Among the terms or elements mentioned in the following gene expression control delivery system, those mentioned in the description of the pharmaceutical composition are as described above.

일 실시예에 따르면, 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀은 H9C2 및 HL-1 심장 세포주에 효과적으로 흡수(uptake)됨을 확인할 수 있었으며(실시예 1), 상기 엑소좀에 특정 유전 물질을 봉입시킨 뒤, 이를 심장 세포주 및 심근경색 동물 모델에 적용한 결과, 심장 세포의 유전자 발현 수준을 효과적으로 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다(실시예 2 및 3). 따라서, 일 실시예에 따른 전달체은 심장 세포의 유전자 발현 조절을 위하여 활용될 수 있다. According to one embodiment, it was confirmed that exosomes derived from human peripheral blood were effectively uptaked into H9C2 and HL-1 cardiac cell lines (Example 1), and after encapsulating a specific genetic material in the exosomes, As a result of applying this to cardiac cell lines and myocardial infarction animal model, it was confirmed that the gene expression level of cardiac cells could be effectively regulated (Examples 2 and 3). Accordingly, the delivery system according to an embodiment may be utilized for regulating gene expression in cardiac cells.

일 구체예에 있어서, 상기 유전 물질이 심장 질환의 치료 효과를 갖는 물질인 경우, 상기 전달체는 심장 질환의 유전자 치료에 적용되는 것일 수 있다. In one embodiment, when the genetic material is a material having a therapeutic effect on heart disease, the carrier may be applied to gene therapy for heart disease.

일 양상의 조성물에 따르면, 유전 물질이 봉입된 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀은 상기 유전 물질에 대한 심장 세포로의 전달 효율을 유의적으로 향상시킬 수 있고, 이를 통하여, 심장 세포의 유전적 특성을 손쉽게 조절할 수 있다. 따라서, 일 양상에 따른 조성물은 심장 질환 치료 분야, 특히 유전자 치료 분야의 핵심 기술로 응용될 수 있다. According to the composition of one aspect, exosomes derived from human peripheral blood encapsulated with genetic material can significantly improve the efficiency of delivery of the genetic material to cardiac cells, and thereby, the genetic properties of cardiac cells can be easily adjusted. Accordingly, the composition according to an aspect may be applied as a core technology in the field of heart disease treatment, particularly gene therapy.

도 1은 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 특성을 확인한 것으로서, 도 1의 A는 투과 전자 현미경으로 상기 엑소좀을 관찰한 결과이고, 도 1의 B는 나노 입자 추적 분석을 통하여 상기 엑소좀의 크기를 확인한 결과이며, 도 1의 C는 웨스턴 블로팅을 통하여 상기 엑소좀 내 발현 양상을 확인한 결과이다.
도 2는 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀에 대하여, 심장 세포주로의 흡수를 공초점 현미경 검사로 확인한 것으로서, 도 2의 A는 H9C2 심장 세포주로의 흡수를 확인한 결과이고, 도 2의 B는 HL-1 심장 세포주로의 흡수를 확인한 결과이다.
도 3은 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 H9C2 심장 세포주에 대한 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 각 H9C2 심장 세포주에서 miR-21의 수준을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 4는 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 H9C2 심장 세포주에 대한 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 도 4의 A는 Smad7의 mRNA 수준을 정량적으로 비교한 결과이고, 도 4의 B는 Smad7의 단백질 수준을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 5는 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 H9C2 심장 세포주에 대한 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 도 5의 A는 PTEN의 mRNA 수준을 정량적으로 비교한 결과이고, 도 5의 B는 PTEN의 단백질 수준을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 6은 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 HL-1 심장 세포주에 대한 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 각 HL-1 심장 세포주에서 miR-21의 수준을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 7은 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 HL-1 심장 세포주에 대한 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 도 7의 A는 Smad7의 mRNA 수준을 정량적으로 비교한 결과이고, 도 7의 B는 Smad7의 단백질 수준을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 8은 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 HL-1 심장 세포주에 대한 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 도 8의 A는 PTEN의 mRNA 수준을 정량적으로 비교한 결과이고, 도 8의 B는 PTEN의 단백질 수준을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 9는 심근 경색 동물모델에서, 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 도 9의 A는 Smad7의 mRNA 수준을 정량적으로 비교한 결과이고, 도 9의 B는 PTEN의 mRNA 수준을 정량적으로 비교한 결과이며, 도 9의 C는 PTEN의 단백질 수준을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 10은 일 실시예에 따른 유전 물질이 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀을 심근 경색 동물모델의 병변 부위에 처리한 후, 이에 따른 병리학적 변화를 확인한 결과이다.
도 11은 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 생체 안전성을 확인한 것으로서, 도 11의 A는 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 처리 용량에 따른 세포 생존율의 변화를 확인한 결과이고, 도 11의 B는 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 처리 시간에 따른 세포 생존율의 변화를 확인한 결과이다.
도 12는 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀을 H9C2 심장 세포주에 첨가 또는 처리한 경우, 염증성 사이토카인의 발현 수준 변화를 확인한 결과이다.
도 13은 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀을 다양한 장기의 조직에 첨가 또는 처리한 경우, 염증 반응의 유도 여부를 조직학적으로 확인한 결과이다.
도 14는 일 실시예에 따른 유전 물질이 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 특성을 확인한 것으로서, 도 14의 A는 투과 전자 현미경으로 상기 엑소좀을 관찰한 결과이고, 도 14의 B는 웨스턴 블로팅을 통하여 상기 엑소좀 내 발현 양상을 확인한 결과이다.
도 15는 일 실시예에 따른 유전 물질이 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 H9C2 심장 세포주에 대한 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 심장 세포주로의 흡수를 공초점 현미경 검사로 확인한 결과이다.
도 16은 정상 및 저산소 조건 하에서, 실시예에 따른 유전 물질이 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 H9C2 심장 세포주에 대한 유전 물질 전달 효과를 확인한 것으로서, 도 16의 A는 각 H9C2 심장 세포주에서 miR-21의 수준을 정량적으로 비교한 결과이고, 도 16의 B는 H9C2 심장 세포주에서 엑소좀의 처리 농도에 따른 miR-21의 수준을 정량적으로 비교한 결과이다.
도 17은 일 실시예에 따른 유전 물질이 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 Rnase 저항률을 평가한 결과이다.
도 18은 심근 경색 동물모델에서, 일 실시예에 따른 유전 물질이 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 첨가 또는 처리한 경우, 좌심실 구축률 변화를 확인한 결과이다.
도 19는 심근 경색 동물모델에서, 일 실시예에 따른 유전 물질이 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 첨가 또는 처리한 경우, 콜라겐 Ⅰ, 및 콜라겐 Ⅲ의 발현 수준 변화를 확인한 결과이다.
도 20은 STRN의 3'-UTR 부위와 miR-21가 결합 가능성을 miRNA 표적 예측 프로그램 (www.targetscan.org)을 통하여 확인한 결과이다.
도 21은 합성한 루시퍼라아제 벡터 시스템과 miR-21 mimic 또는 대조군으로 스크램블 miRNA를 심장 세포주에 처리한 경우, 루시퍼라아제 활성 변화를 확인한 결과이다.
도 22는 H9C2 심장 세포주에서 miR-21의 발현 수준에 따른 STRN 단백질 발현 수준 변화를 확인한 결과이다.
도 23은 H9C2 심장 세포주에 STRN-특이적 siRNA를 첨가 또는 처리한 경우, NOS3 단백질 발현 수준 변화를 확인한 결과이다.
도 24는 저 산소 조건에서, H9C2 심장 세포주에 miR-21 mimic 또는 miR-21 inhibitor를 처리한 경우, STRN 단백질 및 NOS 단백질 발현 수준 변화를 확인한 결과이다.
1 is a graph showing the characteristics of exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment, and FIG. 1A is a result of observing the exosomes with a transmission electron microscope, and FIG. 1B is a nanoparticle tracking analysis. It is the result of confirming the size of the exosome, and FIG. 1C is the result of confirming the expression pattern in the exosome through western blotting.
2 is a view showing the uptake of exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment into cardiac cell lines was confirmed by confocal microscopy. B is the result of confirming the uptake into the HL-1 cardiac cell line.
3 is a view illustrating the effect of transferring human peripheral blood-derived exosomes to the H9C2 cardiac cell line according to an embodiment, and quantitatively comparing the levels of miR-21 in each H9C2 cardiac cell line.
4 is a view illustrating the effect of transferring human peripheral blood-derived exosomes to the H9C2 cardiac cell line according to an embodiment. FIG. 4A is a quantitative comparison of Smad7 mRNA levels, and FIG. 4B is This is the result of quantitatively comparing the protein level of Smad7.
5 is a graph illustrating the effect of transferring human peripheral blood-derived exosomes to the H9C2 cardiac cell line according to an embodiment. FIG. 5A is a quantitative comparison of PTEN mRNA levels, and FIG. 5B is This is the result of quantitatively comparing the protein level of PTEN.
6 is a view illustrating the effect of transferring human peripheral blood-derived exosomes to HL-1 cardiac cell lines according to an embodiment, and quantitatively comparing the levels of miR-21 in each HL-1 cardiac cell line.
7 is a view illustrating the effect of transferring human peripheral blood-derived exosomes to the HL-1 cardiac cell line according to an embodiment. FIG. 7A is a quantitative comparison of Smad7 mRNA levels, and FIG. B is the result of quantitatively comparing the protein level of Smad7.
FIG. 8 is a view illustrating the effect of transferring human peripheral blood-derived exosomes to the HL-1 cardiac cell line according to an embodiment, and FIG. 8A is a quantitative comparison of PTEN mRNA levels, and FIG. B is the result of quantitative comparison of the protein level of PTEN.
9 is an animal model of myocardial infarction, confirming the genetic material transfer effect of exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment. FIG. 9A is a quantitative comparison of Smad7 mRNA levels, and FIG. 9B is a result of quantitatively comparing the mRNA level of PTEN, and FIG. 9C is a result of quantitatively comparing the protein level of PTEN.
10 is a result of confirming the pathological change according to an embodiment after processing the exosomes derived from human peripheral blood loaded with the genetic material to the lesion site of the myocardial infarction animal model.
11 is as confirming the biosafety of exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment, and FIG. 11A is the result of confirming the change in cell viability according to the treatment dose of exosomes derived from human peripheral blood, FIG. 11B is the result of confirming the change in cell viability according to the treatment time of exosomes derived from human peripheral blood.
12 is a result confirming the change in the expression level of inflammatory cytokines when human peripheral blood-derived exosomes according to an embodiment are added or treated to the H9C2 cardiac cell line.
13 is a result of histological confirmation of whether an inflammatory response is induced when the exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment are added or processed to tissues of various organs.
14 is a view showing the characteristics of exosomes derived from human peripheral blood loaded with a genetic material according to an embodiment, and FIG. 14A is a result of observing the exosomes with a transmission electron microscope, and FIG. 14B is a Western Blot. It is the result of confirming the expression pattern in the exosome through ting.
15 is a view illustrating the effect of transferring genetic material from human peripheral blood-derived exosomes loaded with genetic material according to an embodiment to the H9C2 cardiac cell line, and confirming the uptake into the cardiac cell line by confocal microscopy.
16 is a view illustrating the effect of transferring genetic material to the H9C2 cardiac cell line of human peripheral blood-derived exosomes loaded with the genetic material according to Example under normal and hypoxic conditions. FIG. 16A shows miR- in each H9C2 cardiac cell line. It is a result of quantitatively comparing the level of 21, and FIG. 16B is a result of quantitatively comparing the level of miR-21 according to the concentration of exosomes in the H9C2 cardiac cell line.
17 is a result of evaluating Rnase resistance of exosomes derived from human peripheral blood loaded with a genetic material according to an embodiment.
18 is a result of confirming the change in left ventricular contracture rate when adding or processing exosomes derived from human peripheral blood loaded with genetic material according to an embodiment in an animal model of myocardial infarction.
19 is a result confirming the change in the expression level of collagen I and collagen III in the case of adding or processing exosomes derived from human peripheral blood loaded with genetic material according to an embodiment in an animal model of myocardial infarction.
20 is a result of confirming the binding potential of the 3'-UTR region of STRN and miR-21 through the miRNA target prediction program (www.targetscan.org).
21 is a result confirming the change in luciferase activity when cardiac cell lines are treated with the synthesized luciferase vector system and scrambled miRNA as miR-21 mimic or as a control.
22 is a result confirming the change in the STRN protein expression level according to the expression level of miR-21 in the H9C2 cardiac cell line.
23 is a result confirming the change in the expression level of NOS3 protein when STRN-specific siRNA is added or treated in H9C2 cardiac cell line.
24 is a result confirming the change in the expression level of STRN protein and NOS protein when miR-21 mimic or miR-21 inhibitor is treated in H9C2 cardiac cell line under hypoxic conditions.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1. 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀 분리 및 이의 특성 확인 Example 1. Isolation of exosomes derived from human peripheral blood and identification of properties thereof

본 실시예에서는 Exoquick exosome precipitation kit를 이용하여, 제조사의 지침에 따라 인간 말초 혈액(250㎕)으로부터 엑소좀을 분리하였다. 이후, 투과 전자 현미경 검사, 나노 입자 추적 분석 및 웨스턴블로팅 분석을 통하여, 상기 분리한 엑소좀의 세부 특성을 규명하였다. 또한, PKH26 형광 염색(적색) 및 공초점 현미경 검사를 통하여, 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀이 H9C2 및 HL-1 심장 세포주로 흡수(uptake)되는지를 확인하고자 하였다. In this example, using the Exoquick exosome precipitation kit, exosomes were isolated from human peripheral blood (250 μl) according to the manufacturer's instructions. Thereafter, through transmission electron microscopy, nanoparticle tracking analysis, and Western blotting analysis, detailed characteristics of the isolated exosome were investigated. In addition, through PKH26 fluorescence staining (red) and confocal microscopy, it was attempted to determine whether exosomes derived from human peripheral blood were uptaken into H9C2 and HL-1 cardiac cell lines.

그 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀은 약 104nm의 평균 직경을 갖는 원형의 구조물로서 확인되었고, 상기 엑소좀으로부터 Alix, LAMP2, CD9, CD63, 및 CD81과 같은 단백질 마커를 검출하였다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 엑소좀은 H9C2 및 HL-1 심장 세포주 모두에 효과적으로 흡수됨을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 1 , the exosomes derived from human peripheral blood were identified as circular structures having an average diameter of about 104 nm, and proteins such as Alix, LAMP2, CD9, CD63, and CD81 from the exosomes. Markers were detected. In addition, as shown in FIG. 2 , it was confirmed that the exosomes were effectively absorbed into both H9C2 and HL-1 cardiac cell lines.

실시예 2. 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀을 이용한 유전 물질의 전달 Example 2. Delivery of genetic material using exosomes derived from human peripheral blood

본 실시예에서는 상기 실시예 1의 엑소좀의 유전 물질 전달 효과, 구체적으로 심장 세포주로의 유전 물질 전달 효과를 확인하고자 하였다. 이를 위하여, Exo-FectTM Exosome Transfection Kit (SBI System Biosciences, USA)를 사용하여 인간 말초 혈액으로부터 분리한 엑소좀에 negative control miRNA, miR-21 mimic, miR-21 inhibitor를 각각 로딩하였다. 상기 miRNA (SMC-2003), miR-21 mimic (5'-UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA-3', SMM-002, 서열번호 2), miR-21 inhibitor (5'-UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA-3'; SMI-002, 서열번호 1)는 Bioneer (대전, 한국)로부터 수득하였다. In this example, it was attempted to confirm the effect of transferring the genetic material of the exosome of Example 1, specifically, the effect of transferring the genetic material to the cardiac cell line. To this end, the negative control miRNA, miR-21 mimic, and miR-21 inhibitor were loaded into exosomes isolated from human peripheral blood using the Exo-Fect TM Exosome Transfection Kit (SBI System Biosciences, USA), respectively. The miRNA (SMC-2003), miR-21 mimic (5'-UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA-3', SMM-002, SEQ ID NO: 2), miR-21 inhibitor (5'-UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA-3'; SMI-002, SEQ ID NO: 1) ) was obtained from Bioneer (Daejeon, Korea).

2-1. H9C2 심장 세포주로의 miRNA 전달2-1. miRNA delivery into the H9C2 cardiac cell line

H9C2 심장 세포주를 100mm 배양 접시에 배양하고, 이로부터 1일 경과 후, 상기 세포주에 150 ㎍의 대조군, miRNA의 mimic 또는 inhibitor를 로딩한 엑소좀을 첨가하고, 24 시간 뒤 저산소 조건에서 상기 세포주를 다시 배양하였다. 이후, 역전사효소 중합효소연쇄반응과 웨스턴블로팅 분석을 이용하여, 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 H9C2 심장 세포주에 대한 miRNA 전달 효율을 확인하였다. 또한, 추가적으로, miR-21의 직접적인 타겟이 되는 Smad7 또는 PTEN의 mRNA와 단백질 수준을 분석하였다The H9C2 cardiac cell line was cultured in a 100 mm culture dish, and after one day, 150 μg of control, mimic or inhibitor-loaded exosomes of miRNA were added to the cell line, and the cell line was re-incubated under hypoxic conditions after 24 hours. cultured. Then, by using the reverse transcriptase polymerase chain reaction and western blotting analysis, the miRNA delivery efficiency of exosomes derived from human peripheral blood to the H9C2 cardiac cell line was confirmed. In addition, mRNA and protein levels of Smad7 or PTEN, which are direct targets of miR-21, were analyzed.

H9C2 심장 세포주의 miR-21의 수준을 분석한 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, H9C2 세포주에서 miR-21의 수준은 mimic 또는 inhibitor가 로딩된 엑소좀에 의하여 조절되어짐을 확인하였다. 즉, 저산소 조건의 H9C2 세포주에서, miR-21 mimic이 로딩된 엑소좀의 첨가는 정상 산소 및 저 산소 조건의 세포와 비교하여 miR-21의 발현을 증가시켰던 반면(Exo+21-M), miR-21 억제제가 로딩된 엑소좀의 첨가는 miR-21의 발현을 감소시켰다(Exo+21-I).As a result of analyzing the miR-21 level of the H9C2 cardiac cell line, as shown in FIG. 3 , it was confirmed that the miR-21 level in the H9C2 cell line was regulated by the mimic or inhibitor-loaded exosomes. That is, in the H9C2 cell line under hypoxic conditions, the addition of miR-21 mimic-loaded exosomes increased the expression of miR-21 compared to cells under normoxic and hypoxic conditions (Exo+21-M), whereas miR Addition of the -21 inhibitor-loaded exosomes decreased the expression of miR-21 (Exo+21-I).

또한, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, miR-21 mimic이 로딩된 엑소좀의 첨가는 Smad7과 PTEN의 mRNA 및 단백질 수준을 모두 하향 조절하였던 반면(Exo+21-M), miR-21 inhibitor가 로딩된 엑소좀의 첨가는 Smad7과 PTEN의 mRNA 및 단백질 수준을 모두 상향 조절하였다(Exo+21-I). miRNA는 타겟 mRNA의 3'-비번역 영역(3'-UTR)에 결합하여 타겟 유전자의 발현을 억제하는 방식으로 기능을 발휘한다는 점을 고려해 볼 때, 상기 실험 결과는 miR-21의 발현 수준 분석과 일치하는 결과임을 알 수 있다. In addition, as shown in FIGS. 4 and 5, the addition of miR-21 mimic-loaded exosomes down-regulated both mRNA and protein levels of Smad7 and PTEN (Exo+21-M), whereas miR-21 inhibitor The addition of the loaded exosomes upregulated both mRNA and protein levels of Smad7 and PTEN (Exo+21-I). Considering that miRNA exerts its function by binding to the 3'-untranslated region (3'-UTR) of the target mRNA and inhibiting the expression of the target gene, the above experimental results were analyzed for the expression level of miR-21. It can be seen that the result is consistent with

2-2. HL-1 심장 세포주로의 miRNA 전달2-2. miRNA delivery into HL-1 cardiac cell line

상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로, 인간 말초 혈액 유래 엑소좀의 HL-1 심장 세포주에 대한 miRNA 전달 효율을 확인하였고, miR-21의 직접적인 타겟이 되는 Smad7 또는 PTEN의 mRNA와 단백질 수준을 분석하였다.In the same manner as in Example 2-1, the miRNA delivery efficiency of exosomes derived from human peripheral blood to the HL-1 cardiac cell line was confirmed, and the mRNA and protein levels of Smad7 or PTEN, a direct target of miR-21, were analyzed. did

HL-1 심장 세포주의 miR-21의 수준을 분석한 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 저산소 조건의 HL-1 세포주에서, miR-21 mimic이 로딩된 엑소좀의 첨가는 정상 산소 및 저산소 조건의 세포와 비교하여 miR-21의 발현을 증가시켰던 반면(Exo+21-M), miR-21 억제제가 로딩된 엑소좀의 첨가는 miR-21의 발현을 감소시켰다(Exo+21-I). 한편, miRNA 음성 대조군이 로딩된 엑소좀 (Exo+NC)을 첨가한 경우, 저산소 조건의 세포와 비교하여 발현 수준의 변화가 관찰되지 않았다. 또한, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 실험 결과와 마찬가지로, miR-21 mimic이 로딩된 엑소좀의 첨가는 Smad7과 PTEN의 mRNA 및 단백질 수준을 모두 하향 조절하였던 반면(Exo+21-M), miR-21 inhibitor가 로딩된 엑소좀의 첨가는 Smad7과 PTEN의 mRNA 및 단백질 수준을 모두 상향 조절하였다(Exo+21-I).As a result of analyzing the level of miR-21 in the HL-1 cardiac cell line, as shown in FIG. 6 , in the HL-1 cell line under hypoxic conditions, the addition of miR-21 mimic-loaded exosomes showed that the levels of miR-21 in the hypoxic and normoxic conditions were reduced. While the expression of miR-21 was increased compared to the cells (Exo+21-M), the addition of the miR-21 inhibitor-loaded exosomes decreased the expression of miR-21 (Exo+21-I). On the other hand, when miRNA negative control-loaded exosomes (Exo+NC) were added, no change in expression level was observed compared to cells under hypoxic conditions. In addition, as shown in FIGS. 7 and 8, the addition of miR-21 mimic-loaded exosomes down-regulated both mRNA and protein levels of Smad7 and PTEN (Exo+21-M), as shown in FIGS. ), the addition of miR-21 inhibitor-loaded exosomes upregulated both mRNA and protein levels of Smad7 and PTEN (Exo+21-I).

이러한 실험결과를 종합해 보면, 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀은 심장 세포로의 유전 물질 전달에 적용할 수 있음을 알 수 있다. Combining these experimental results, it can be seen that the exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment can be applied to the transfer of genetic material to cardiac cells.

실시예 3. 심근 경색 동물모델을 이용한 치료 효능 확인 Example 3. Confirmation of treatment efficacy using an animal model of myocardial infarction

본 실시예에서는 C57BL/6 마우스에 심근경색을 유도한 뒤, miR-21 mimic 또는 inhibitor가 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀이 생체 내에서 효율적으로 전달될 수 있는지를 역전사효소 중합효소연쇄반응과 웨스턴블로팅 기법을 이용하여 평가하였다. 또한, 상기 인간 말초 혈액 유래 엑소좀을 이용한 심근경색의 치료 효능을 확인하고자 하였다. 구체적으로, C57BL/6 마우스에 심근경색을 유도한 뒤, miR-21 mimic 또는 inhibitor가 로딩된 인간 말초 혈액 유래 엑소좀을 심장 내 병변 부위에 miRNA를 전달하였으며, 이후, 상기 병변 조직에 대하여 Hematoxylin & eosin (H&E)과 Masson's Trichrome (MT) 염색을 실시하여, 상기 각 엑소좀의 전달에 따른 병리학적 변화를 관찰하였다. In this example, after inducing myocardial infarction in C57BL/6 mice, it was evaluated by reverse transcriptase polymerase chain reaction and Western It was evaluated using a blotting technique. In addition, it was attempted to confirm the therapeutic efficacy of myocardial infarction using the exosomes derived from human peripheral blood. Specifically, after myocardial infarction was induced in C57BL/6 mice, miR-21 mimic or inhibitor-loaded human peripheral blood-derived exosomes were delivered to the lesion site in the heart, and then, Hematoxylin & By performing eosin (H&E) and Masson's Trichrome (MT) staining, pathological changes according to the delivery of each of the exosomes were observed.

그 결과, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 2의 결과와 마찬가지로, miR-21 mimic이 로딩된 엑소좀의 첨가는 Smad7의 mRNA, PTEN의 mRNA 및 단백질 수준을 하향 조절하였던 반면(Exo+21-M), miR-21 inhibitor가 로딩된 엑소좀의 첨가는 Smad7의 mRNA, PTEN의 mRNA 및 단백질 수준을 상향 조절하였다(Exo+21-I). 한편, miRNA 음성 대조군이 로딩된 엑소좀 (Exo+NC)을 첨가한 경우, 저산소 조건의 세포와 비교하여 발현 수준의 변화가 관찰되지 않았다.As a result, as shown in FIG. 9, the addition of miR-21 mimic-loaded exosomes down-regulated Smad7 mRNA, PTEN mRNA and protein levels, similar to the results of Example 2 (Exo+21) -M), the addition of miR-21 inhibitor-loaded exosomes upregulated Smad7 mRNA, PTEN mRNA and protein levels (Exo+21-I). On the other hand, when miRNA negative control-loaded exosomes (Exo+NC) were added, no change in expression level was observed compared to cells under hypoxic conditions.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 마우스의 심근 장애 및 섬유화와 관련하여, miR-21 mimic이 로딩된 엑소좀을 처리한 군은 섬유화 병변 부위의 면적이 대조군에 비해 유의적으로 증가하였던 반면(3.758 ± 0.203 vs. 6.010 ± 0.571, p = 0.020), miR-21 inhibitor가 로딩된 엑소좀을 처리한 그룹은 섬유화 병변 부위의 면적이 유의적으로 감소하였다(3.758 ± 0.203 vs. 2.594 ± 0.288, p = 0.030). In addition, as shown in FIG. 10 , with respect to myocardial disorders and fibrosis in mice, the miR-21 mimic-loaded exosome-treated group significantly increased the area of the fibrotic lesion site compared to the control group (3.758). ± 0.203 vs. 6.010 ± 0.571, p = 0.020), the miR-21 inhibitor-loaded exosome-treated group significantly reduced the area of the fibrotic lesion (3.758 ± 0.203 vs. 2.594 ± 0.288, p = 0.030).

이러한 실험결과는 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀은 심장 세포로의 유전 물질 전달에 유용하게 사용될 수 있으며, 이러한 특성은, 심근 경색을 포함하는 심장 질환의 유전 치료에 확장 적용될 수 있음을 나타내는 것이다. These experimental results show that exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment can be usefully used for transferring genetic material to heart cells, and that these properties can be extended to genetic treatment of heart diseases including myocardial infarction. it will indicate

실시예 4. 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀의 독성 평가Example 4. Toxicity evaluation of exosomes derived from human peripheral blood

본 실시예에서는 상기 실시예 1의 엑소좀의 생체 안전성을 확인하고자 하였다. 이를 위하여, 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀을 H9C2 심장 세포주에 첨가하고, 용량 (5, 10, 20, 40μg/ml) 또는 처리 시간에 따른 세포의 생존율 변화를 확인하였고, 이와 더불어, TNF-α, HMGB1, IL-10과 같은 염증성 사이토카인의 발현 수준을 비교함으로써, 염증 반응의 유도 여부를 평가하였다.In this example, it was attempted to confirm the biosafety of the exosome of Example 1. To this end, exosomes derived from human peripheral blood were added to the H9C2 cardiac cell line, and changes in cell viability according to dose (5, 10, 20, 40 μg/ml) or treatment time were confirmed, and in addition, TNF-α, By comparing the expression levels of inflammatory cytokines such as HMGB1 and IL-10, it was evaluated whether the inflammatory response was induced.

그 결과, 도 11에 나타낸 바와 같이, 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀에 대하여, 용량 또는 시간-의존성 세포 독성은 관찰 되지 않았으며, 도 12에 나타낸 바와 같이, 40μg/ ml의 엑소좀을 처리한 경우에도, 염증 반응의 유도가 미미한 수준임을 알 수 있었다. 또한, 상기 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀(200ug)의 투여에 따른 염증 반응 유도 여부를 실험동물을 이용하여 조직학적으로 평가한 결과, 도 13에 나타낸 바와 같이, 심장뿐만 아니라 간, 비장, 신장, 폐와 같은 다른 장기에서도 염증 반응을 야기하지 않았다. As a result, as shown in FIG. 11 , no dose or time-dependent cytotoxicity was observed for exosomes derived from human peripheral blood, and as shown in FIG. 12 , when 40 μg/ml of exosomes were treated However, it was found that the induction of the inflammatory response was at a negligible level. In addition, as a result of histological evaluation of whether an inflammatory response was induced by the administration of the exosomes derived from human peripheral blood (200ug) using experimental animals, as shown in FIG. 13 , not only the heart but also the liver, spleen, kidney, It did not cause an inflammatory response in other organs such as the lungs.

실시예 5. 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀을 이용한 심장 세포로의 유전 물질 전달Example 5. Genetic material transfer to cardiac cells using exosomes derived from human peripheral blood

본 실시예에서는 상기 실시예 1의 엑소좀의 유전 물질 전달 효과, 구체적으로, 심장 세포주로의 유전 물질 전달 효과를 확인하고자 하였다. 인간 말초 혈액 유래의 엑소좀에 실시예 2에 언급된 유전 물질, miRNA를 로딩하였다. 이후, 상기 유전 물질이 로딩된 엑소좀을 투과 현미경으로 관찰하고, Alix, CD9, CD63, 및 CD81의 발현 변화를 웨스턴블로팅을 통해 확인하였다. 또한, 상기 유전 물질이 로딩된 엑소좀을 실시예 2와 동일한 방식으로 H9C2 심장 세포주에 첨가하고 배양하였다. 이후, 상기 PKH26으로 형광 표지된 엑소좀을 처리한 H9C2 심장 세포주를 공초점 현미경으로 관찰하였다. In this example, it was attempted to confirm the effect of transferring the genetic material of the exosome of Example 1, specifically, the effect of transferring the genetic material to the cardiac cell line. The genetic material mentioned in Example 2, miRNA, was loaded into exosomes derived from human peripheral blood. Thereafter, the exosomes loaded with the genetic material were observed under a transmission microscope, and expression changes of Alix, CD9, CD63, and CD81 were confirmed through western blotting. In addition, the exosome loaded with the genetic material was added to the H9C2 cardiac cell line in the same manner as in Example 2 and cultured. Then, the H9C2 cardiac cell line treated with the exosomes fluorescently labeled with PKH26 was observed with a confocal microscope.

그 결과, 도 14에 나타낸 바와 같이, miRNA 로딩 후, 엑소좀의 형태 및 마커 단백질의 유의미한 변화는 관찰되지 않았으며, 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 유전 물질이 로딩된 엑소좀은 심장 세포주에 효과적으로 흡수됨을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 14 , after miRNA loading, significant changes in the shape and marker protein of the exosome were not observed, and as shown in FIG. absorption was confirmed.

또한, 정상 및 저산소 조건 하에서, 상기 유전 물질이 로딩된 엑소좀을 통한 심장 세포 내 유전자 발현 수준 조절 효과를 확인하기 위하여, miR-21 mimic (5'-UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA-3', SMM-002), miR-21 inhibitor (5'-UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA-3'; SMI-002)이 로딩된 엑소좀을 실시예 2와 동일한 방식으로 심장 세포주에 첨가하고 배양한 뒤, 이에 따른 miR-21의 발현 변화를 확인하였다. In addition, under normal and hypoxic conditions, in order to check the effect of regulating the gene expression level in cardiac cells through the exosome loaded with the genetic material, miR-21 mimic (5'-UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA-3', SMM-002), miR The exosome loaded with -21 inhibitor (5'-UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA-3'; SMI-002) was added to the cardiac cell line in the same manner as in Example 2 and cultured, and then the miR-21 expression change was confirmed.

그 결과, 도 16에 나타낸 바와 같이, H9C2 심장 세포주에서의 miR-21 발현은 miR-21 mimic 또는 inhibitor가 로딩된 엑소좀에 의하여 조절되었다. 구체적으로, miR-21 mimic이 로딩된 엑소좀의 첨가는 정상 산소 및 저산소 조건의 대조군보다 높은 miR-21 발현을 보인 반면, miR-21 inhibitor가 로딩된 엑소좀의 첨가는 miR-21 발현이 감소되었다. 또한, miRNA가 로딩된 엑소좀의 흡수는 엑소좀에 대하여 용량-의존적 방식으로 H9C2 세포에서 miR-21 수준의 조절을 야기하였으며, 엑소좀의 단독처리는 miR-21 발현에 영향을 미치지 않았다. As a result, as shown in FIG. 16 , miR-21 expression in the H9C2 cardiac cell line was regulated by miR-21 mimic or inhibitor-loaded exosomes. Specifically, the addition of miR-21 mimic-loaded exosomes showed higher miR-21 expression than the control under normoxic and hypoxic conditions, whereas the addition of miR-21 inhibitor-loaded exosomes decreased miR-21 expression. became In addition, uptake of miRNA-loaded exosomes induced the regulation of miR-21 levels in H9C2 cells in a dose-dependent manner with respect to exosomes, and treatment with exosomes alone did not affect miR-21 expression.

아울러, miRNA가 로딩된 엑소좀의 RNase 저항률을 평가하기 위해, RNA를 분해 할 수 있는 효소인 RNase A를 엑소좀에 처리한 후, 이를 H9C2 심장 세포주 첨가하였다. 그 결과, 도 17에 나타낸 바와 같이, RNase의 처리는 엑소좀에 로딩된 miR-21의 총량에 영향을 미치지 않았으며, 이는 엑소좀의 Rnase에 대한 저항 능력을 보여주는 것이다. In addition, in order to evaluate the RNase resistance of the miRNA-loaded exosomes, RNase A, an enzyme capable of degrading RNA, was treated to the exosomes, and then the H9C2 cardiac cell line was added. As a result, as shown in Figure 17, RNase treatment did not affect the total amount of miR-21 loaded in the exosomes, which shows the resistance ability of the exosomes to Rnase.

실시예 6. 심근 경색 동물모델을 이용한 치료 효능의 재검증Example 6. Re-verification of treatment efficacy using an animal model of myocardial infarction

본 실시예에서는 실시예 3과 동일한 방식으로 C57BL/6 마우스에 심근경색을 유도한 뒤, miR-21 inhibitor이 로딩된 말초 혈액 유래 엑소좀을 심장 병변 부위에 전달하였다. 이후, 심근 경색이 유도된지 1주일 후, 해당 마우스의 심장 기능을 심 초음파 검사를 통해 평가하였다. 이와 함께, 상기 동물 모델의 심장 세포의 콜라겐 Ⅰ, 콜라겐 Ⅲ의 발현 수준을 웨스턴 블로팅을 통하여 평가하였다. In this example, after myocardial infarction was induced in C57BL/6 mice in the same manner as in Example 3, exosomes derived from peripheral blood loaded with miR-21 inhibitor were delivered to the heart lesion site. Then, one week after the induction of myocardial infarction, the cardiac function of the mouse was evaluated by echocardiography. In addition, the expression levels of collagen I and collagen III in cardiac cells of the animal model were evaluated through Western blotting.

그 결과, 도 18에 나타낸 바와 같이, miRNA 음성 대조군이 로딩된 엑소좀 (Exo+NC) 및 miR-21 mimic이 로딩된 엑소좀을 처리한 군에 비하여, miR-21 inhibitor이 로딩된 엑소좀을 처리한 군은 심장 기능성 평가 지표인 좌심실 구축률(Left ventricular ejection fraction: LVEF)이 유의적으로 증가되었다. 또한, 도 19에 나타낸 바와 같이, 상기 miR-21 inhibitor이 로딩된 엑소좀을 처리한 군은 심장 섬유화와 관련된 콜라겐의 발현이 유의적으로 감소되었다. As a result, as shown in FIG. 18 , compared to the group treated with the miRNA negative control-loaded exosomes (Exo+NC) and miR-21 mimic-loaded exosomes, the miR-21 inhibitor-loaded exosomes In the treated group, the left ventricular ejection fraction (LVEF), which is a cardiac function evaluation index, was significantly increased. In addition, as shown in FIG. 19 , the miR-21 inhibitor-loaded exosome-treated group significantly reduced the expression of collagen related to cardiac fibrosis.

이러한 실험 결과는, 일 실시예에 따른 인간 말초 혈액 유래 엑소좀은 심장 세포로의 유전 물질, 구체적으로 miRNA-21 inhibitor의 심장 세포로의 전달에 유용하게 사용될 수 있으며, 이러한 효과에 기초하여, 상기 엑소좀은 심근 경색을 포함하는 심장 질환의 유전 치료에 확장 적용될 수 있음을 나타내는 것이다. These experimental results show that exosomes derived from human peripheral blood according to an embodiment can be usefully used for the delivery of genetic material, specifically miRNA-21 inhibitor, to cardiac cells, and based on this effect, the This indicates that exosomes can be broadly applied to the genetic treatment of heart diseases including myocardial infarction.

실시예 7. 심장 질환의 치료 기전 확인 Example 7. Confirmation of the treatment mechanism of heart disease

본 실시예에서는 상기 실시예 6에서 검증한 치효 효능의 기전을 확인하고 자하였다. 우선, 도 20에 나타낸 바와 같이, miRNA 표적 예측 프로그램 (www.targetscan.org)을 이용하여 miR-21이 결합할 수 있는 염기서열을 지닌 유전자를 검색한 결과, STRN의 3'-UTR 부위에 miR-21가 결합가능성이 있음을 확인하였다. In this example, it was attempted to confirm the mechanism of the effective efficacy verified in Example 6. First, as shown in FIG. 20, as a result of searching for a gene having a nucleotide sequence capable of binding to miR-21 using the miRNA target prediction program (www.targetscan.org), miR in the 3'-UTR region of STRN It was confirmed that -21 has the possibility of binding.

이러한 결과에 기초하여, miR-21과 STRN이 실제 결합하는지를 확인하기 위하여, miR-21이 결합하는 STRN 3'-UTR 부위의 염기서열을 pmirGLO Dual-luciferase Vector (Promega, USA)에 클로닝하였다. 이후, 합성한 루시퍼라아제 벡터 시스템과 miR-21 mimic 또는 대조군으로 스크램블 miRNA를 심장 세포주에 처리할 경우, 도 21에 나타낸 바와 같이, miR-21 mimic을 처리한 군에서 루시퍼라아제 활성이 현저하게 감소된 반면, miR-21이 결합하는 STRN 3'-UTR 부위의 염기서열을 돌연변이시킨 벡터 시스템과 miR-21 mimic 또는 대조군으로 스크램블 miRNA를 세포주에 처리할 경우에는 유의한 변화가 확인되지 않았다. 이러한 결과는 miR-21이 STRN 3'-UTR 부위에 결합함으로써 STRN의 발현 수준에 영향을 미침을 나타내는 것이다. Based on these results, in order to confirm whether miR-21 and STRN actually bind, the nucleotide sequence of the STRN 3'-UTR region to which miR-21 binds was cloned into pmirGLO Dual-luciferase Vector (Promega, USA). Thereafter, when cardiac cell lines were treated with the synthesized luciferase vector system and scrambled miRNA as miR-21 mimic or as a control, as shown in FIG. 21 , the luciferase activity was significantly increased in the miR-21 mimic-treated group. On the other hand, no significant change was observed when the vector system in which the nucleotide sequence of the STRN 3'-UTR region to which miR-21 binds was mutated and the cell line were treated with miR-21 mimic or scrambled miRNA as a control. These results indicate that miR-21 affects the expression level of STRN by binding to the STRN 3'-UTR region.

또한, miR-21의 mimic 또는 inhibitor를 처리하여 각각 miR-21의 과발현 및 억제에 의한 H9C2 심장 세포주 내 STRN mRNA 및 단백질 발현 수준을 확인하였고, NOS3에 대한 STRN의 역할을 확인하기 위하여 STRN-특이적 siRNA를 사용하여 STRN의 발현 수준을 저해한 뒤, 이에 따른 NO3의 발현 수준 변화를 확인하였다. In addition, by treating miR-21 with mimic or inhibitor, STRN mRNA and protein expression levels in the H9C2 cardiac cell line were confirmed by overexpression and inhibition of miR-21, respectively. In order to confirm the role of STRN on NOS3, STRN-specific After inhibiting the expression level of STRN using siRNA, the change in the expression level of NO3 was confirmed accordingly.

그 결과, 도 22에 나타낸 바와 같이, miR-21을 과발현시킬 경우 STRN mRNA 및 단백질의 발현 수준을 크게 감소시키며, 그와 반대로 miR-21의 발현 수준을 억제할 경우, STRN mRNA 및 단백질 발현 수준을 증가시켰다. 또한, 도 23에 나타낸 바와 같이, STRN-특이적 siRNA로 형질 감염된 H9C2 심장 세포주는 STRN의 단백질 수준이 약 ~ 50 % 이상 감소되었으며, STRN 발현 수준의 감소와 함께 NOS3 단백질 발현 또한 유의하게 감소되었다. As a result, as shown in FIG. 22 , when miR-21 was overexpressed, the expression levels of STRN mRNA and protein were greatly reduced, and on the contrary, when the expression level of miR-21 was suppressed, STRN mRNA and protein expression levels were decreased. increased. In addition, as shown in FIG. 23 , the STRN-specific siRNA-transfected H9C2 cardiac cell line reduced the protein level of STRN by about ~50% or more, and the NOS3 protein expression was also significantly reduced along with the decrease of the STRN expression level.

이어서, 저 산소 조건에 노출된 H9C2 심장 세포주에서 miR-21 발현 변화가 STRN 및 NOS 단백질 발현 수준에 미치는 영향을 웨스턴 블로팅을 통하여 확인하였다. 그 결과, 도 24에 나타낸 바와 같이, 저 산소 조건에 24 시간 동안 노출시킨 후, STRN 및 NOS3의 단백질 발현 수준은 저 산소 조건에 노출되지 않은 control(normoxia)에 비하여 감소되었다. 또한, 이러한 발현 수준은 miR-21 mimic을 처리할 경우 더욱 하향 조절되었으며, 그와 반대로 miR-21 inhibitor를 처리할 경우 그 변화가 역전되었다.Next, the effect of miR-21 expression changes on STRN and NOS protein expression levels in the H9C2 cardiac cell line exposed to hypoxia was confirmed through western blotting. As a result, as shown in FIG. 24 , after exposure to the hypoxic condition for 24 hours, the protein expression levels of STRN and NOS3 were reduced compared to the control (normoxia) not exposed to the hypoxic condition. In addition, this expression level was further down-regulated when miR-21 mimic was treated, and on the contrary, the change was reversed when miR-21 inhibitor was treated.

이러한 실험 결과는, 일 실시예에 따른 miR-21 inhibitor는 STRN의 발현 증가와 뒤이은 NO3의 발현 증가를 통하여 유효한 치료 효능이 발휘됨을 나타내는 것이다. These experimental results indicate that the miR-21 inhibitor according to an embodiment exhibits effective therapeutic efficacy through an increase in STRN expression followed by an increase in NO3 expression.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

<110> Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University <120> Gene carrier comprising exosome derived from human peripheral blood and uses thereof <130> PN143880KR <150> KR 10-2019-0011309 <151> 2019-01-29 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-21 inhibitor <400> 1 uagcuuauca gacugauguu ga 22 <210> 2 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-21 mimic <400> 2 uagcuuauca gacugauguu ga 22 <110> Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University <120> Gene carrier comprising exosome derived from human peripheral blood and uses it <130> PN143880KR <150> KR 10-2019-0011309 <151> 2019-01-29 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-21 inhibitor <400> 1 uagcuuauca gacugauguu ga 22 <210> 2 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-21 mimic <400> 2 uagcuuauca gacugauguu ga 22

Claims (7)

miRNA 21 억제제를 봉입한 엑소좀을 포함하는 심근 경색의 예방 또는 치료용 약학적 조성물로서,
상기 엑소좀은 심장 세포의 유전자 발현 조절을 위한 것으로, 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀이고,
상기 약학적 조성물은 심장 세포의 STRN 유전자의 발현을 증가시키는 것인, 약학적 조성물.
As a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of myocardial infarction comprising an exosome encapsulated with a miRNA 21 inhibitor,
The exosome is for regulating the gene expression of cardiac cells, and is an exosome derived from human peripheral blood,
The pharmaceutical composition will increase the expression of the STRN gene in cardiac cells, the pharmaceutical composition.
청구항 1에 있어서, 상기 엑소좀은 Alix, LAMP2, CD9, CD63, CD81, 및 이의 조합으로부터 선택되는 단백질 마커를 발현하는 것인, 약학적 조성물.The pharmaceutical composition of claim 1, wherein the exosome expresses a protein marker selected from Alix, LAMP2, CD9, CD63, CD81, and combinations thereof. 청구항 1에 있어서, 상기 엑소좀은 50 내지 150 nm의 직경을 갖는 것인, 약학적 조성물.The pharmaceutical composition of claim 1, wherein the exosome has a diameter of 50 to 150 nm. 청구항 1에 있어서, 상기 miRNA 21 억제제는 서열번호 1의 서열로 이루어지는 것인, 약학적 조성물.The pharmaceutical composition of claim 1, wherein the miRNA 21 inhibitor consists of the sequence of SEQ ID NO: 1. 인간 말초 혈액으로부터 유래된 엑소좀; 및
상기 엑소좀에 봉입된 miRNA 21 억제제를 포함하는 심근 경색의 유전자 치료에 적용되는 것인, 심장 세포의 유전자 발현 조절용 전달체로서,
상기 유전자 발현 조절용 전달체는 심장 세포의 STRN 유전자의 발현을 증가시키는 것인, 심장 세포의 유전자 발현 조절용 전달체.
exosomes derived from human peripheral blood; and
As a vehicle for regulating gene expression in cardiac cells, which is applied to gene therapy of myocardial infarction comprising a miRNA 21 inhibitor encapsulated in the exosome,
The vehicle for regulating gene expression is a vehicle for regulating gene expression in cardiac cells, which increases the expression of STRN gene in cardiac cells.
청구항 5에 있어서, 상기 엑소좀은 50 내지 150 nm의 직경을 갖는 것인, 심장 세포의 유전자 발현 조절용 전달체.The method according to claim 5, wherein the exosome has a diameter of 50 to 150 nm, the delivery system for regulating the gene expression of cardiac cells. 청구항 5에 있어서, 상기 엑소좀은 Alix, LAMP2, CD9, CD63, CD81, 및 이의 조합으로부터 선택되는 단백질 마커를 발현하는 것인, 심장 세포의 유전자 발현 조절용 전달체.The vehicle according to claim 5, wherein the exosome expresses a protein marker selected from Alix, LAMP2, CD9, CD63, CD81, and a combination thereof.
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