WO2021006670A1 - 혼합물 4f를 이용한 줄기세포 생물학적 활성 증가용 조성물 - Google Patents

혼합물 4f를 이용한 줄기세포 생물학적 활성 증가용 조성물 Download PDF

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권상모
김연주
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Definitions

  • the present invention relates to a composition for increasing the biological activity of stem cells using the mixture 4F.
  • Ischemic vascular disease such as heart disease, cerebrovascular disease, and peripheral vascular disease
  • the existing main treatment methods for this are medical treatment centered on drug administration, mechanical interventional treatment for blood vessels, and surgical bypass surgery, but ischemia in which a smooth supply of oxygen and nutrients did not occur even after all of these treatments were performed.
  • ischemia in which a smooth supply of oxygen and nutrients did not occur even after all of these treatments were performed.
  • angiogenesis therapy has been proposed to secure blood flow to the ischemic tissue and reduce tissue damage by promoting angiogenesis from the tissue around the ischemic region as an alternative treatment.
  • vascular endothelial progenitor cells are cells that have already proven their effectiveness in repairing damaged blood vessels and regeneration of ischemic tissue, and until now, various studies have been attempted to promote angiogenesis by directly administering blood vessel-making cells. .
  • adult stem cells are used for clinical application, but they can be extracted from the patient's own body and transplanted into necessary tissues, and have the advantage that there is no ethical problem compared to embryonic stem cells. have.
  • there is a difficulty in leading to the commercialization stage due to the aging and functional decline of patient-derived cells due to Westernized diet and exercise reduction and aging.
  • the present inventors completed the present invention by developing a mixture 4F containing fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor in order to solve the problems of the prior art as described above.
  • an object of the present invention is to provide a composition for inhibiting aging, promoting proliferation, or inducing differentiation of stem cells comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • Another object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating ischemic diseases comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • Another object of the present invention is to provide a culture medium composition for stem cells comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • Another object of the present invention is to treat stem cells with a stem cell culture medium composition comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients on stem cells; It is to provide a culture method.
  • Another object of the present invention is to provide a stem cell therapy adjuvant comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • Another object of the present invention is to provide stem cells cultured through the heterogeneous culture method.
  • Another object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating ischemic diseases including the stem cells.
  • the present invention provides a composition for inhibiting aging, promoting proliferation or inducing differentiation of stem cells comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating ischemic diseases comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • the present invention provides a medium composition for culturing stem cells comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • the present invention relates to a heterogeneous culture method comprising; treating stem cells with a stem cell culture medium composition comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients. to provide.
  • the present invention provides a stem cell therapy adjuvant comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • the present invention provides stem cells cultured through the heterogeneous culture method.
  • the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating ischemic diseases including the stem cells.
  • Stem cells treated with the mixture 4F according to the present invention not only acquire stemness, but also have the effect of improving cell proliferation and mobility, and improve cell survival and engraftment after stem cells are transplanted into the body. And since the tissue regeneration ability can be further increased, it can be used in various fields in the field of stem cell differentiation, ischemic disease prevention or treatment.
  • 1 is a diagram showing the results of confirming the effect of the mixture 4F according to the present invention on the phenotype of cells.
  • Figure 2 is a diagram showing the results of confirming the cell migration ability according to the treatment of the mixture 4F according to the present invention.
  • Figure 3a is a diagram showing the results of confirming the blood vessel regeneration effect in the body after transplanting the cells treated with the mixture 4F according to the present invention in the lower limb ischemia animal model.
  • 3B is a diagram showing an image of a vessel suture site on the third day after transplanting the GFP-tagged cells using an in vivo imaging technique.
  • 4A is a result of evaluating cardiac function through measurement of ejection fraction and fractional shortening at 28 days after induction of myocardial infarction in a severe myocardial infarction animal model.
  • 4B is a result of analyzing the degree of fibrosis of the myocardium by performing Masson's trichrome staining 28 days after induction of myocardial infarction in an animal model of severe myocardial infarction.
  • 4C is a result of analyzing the engraftment and proliferation rate of cells in the myocardium by implanting cells labeled with GFP in a severe myocardial infarction model and performing immunostaining for PCNA 3 days later.
  • Figure 5a is a diagram showing the results of analyzing the cell proliferation rate change according to the treatment of the mixture 4F according to the present invention.
  • Figure 5b is a diagram showing the results of analyzing the cell cycle change according to the treatment of the mixture 4F according to the present invention.
  • 5C is a diagram showing the results of analyzing cell senescence according to the treatment of mixture 4F according to the present invention.
  • Figure 5d is a diagram showing the result of analyzing the colony formation ability according to the treatment of the mixture 4F according to the present invention.
  • Figure 6a is a diagram showing the result of measuring the gene expression change of the undifferentiated stem cell-related marker according to the mixture 4F treatment of the present invention.
  • 6B is a diagram showing a result of analysis of gene expression of an undifferentiated stem cell-related marker according to the mixture 4F treatment of the present invention as a principal component analysis and a heat map.
  • FIG. 7 is a view showing the result of analyzing the mortality rate of undifferentiated stem cells according to the mixture 4F treatment of the present invention.
  • Figure 8a is a diagram showing the analysis of the proliferation rate of undifferentiated stem cells according to the mixture 4F treatment of the present invention.
  • 8B and 8C are diagrams showing the results of analysis of marker expression of undifferentiated stem cells according to the mixture 4F treatment of the present invention.
  • 9A to 9E are diagrams showing the results of analysis of marker expression according to the treatment of the mixture 4F or single component of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing the results of analyzing the angiogenic ability according to the mixture 4F or single component treatment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing the results of confirming the morphological characteristics of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of analyzing gene expression of undifferentiated stem cell-related markers of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • 14A is a diagram showing the results of analysis of proliferative capacity and colony-forming ability of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • 14B is a diagram showing the results of cell cycle change analysis of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • 15 is a diagram showing the results of analyzing the genetic similarity between vascular stem cells and control cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • 16 is a diagram showing the results of analyzing gene ontology and categories of vascular stem cells and control cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • 17A is a diagram showing the results of analysis of gene expression levels of vascular stem cells and control cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • 17B is a diagram showing changes in gene expression level in FIG. 17A as a heat map.
  • FIG. 18 is a diagram showing the results of confirming the angiogenesis ability of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • FIG. 19 is a view showing the results of confirming the peripheral secretion angiogenesis effect of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F according to the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing the results of confirming the blood vessel regeneration effect in the body after transplanting vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using a mixture 4F in the lower limb ischemia animal model according to the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing an image of a vessel suture site after transplanting GFP-tagged cells using an in vivo imaging technique in the lower limb ischemia animal model according to the present invention.
  • the present invention provides a composition for inhibiting aging, promoting proliferation or inducing differentiation of stem cells comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • mixture 4F means a mixture of fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor.
  • stem cell refers to a cell that has the ability to differentiate into two or more cells while having self-replicating ability, a totipotent stem cell, a pluripotent stem cell, c It can be classified as a multipotent stem cell.
  • the stem cells may be appropriately selected without limitation according to the purpose, and may be derived from adult cells such as mammals including humans, preferably all known tissues and cells derived from humans, for example, bone marrow, It can be derived from umbilical cord blood, placenta (or placental tissue cells), fat (or adipose tissue cells), and the like.
  • the stem cells are limited from bone marrow, adipose tissue, muscle tissue, ex vivo cultured autologous mesenchymal stem cells, allogeneic mesenchymal stem cells, umbilical cord blood, embryonic yolk sac, placenta, umbilical cord, periosteum, fetal and puberty skin, and blood. It may be stem cells obtained without, and may be stem cells derived from a fetus or immediately after birth or from an adult.
  • the stem cells are vascular endothelial progenitor cells, vascular stem cells, mesenchymal stem cells, embryonic stem cells, and muscle cells. It is selected from the group consisting of Myoblast and Cardiac Stem Cells, more preferably Endothelial Progenitor Cells or vascular stem cells, most preferably vascular endothelial It is an Endothelial Progenitor Cell.
  • “senescence” refers to cell growth (cell growth) against various stresses (eg, continuous passage culture and high concentration oxygen conditions during in vitro culture) that stem cells receive from the inside or outside. ) And cell division is halted or significantly delayed.
  • proliferation refers to an increase in the number of cell types from a characteristic cell type, or from the original cell population of cells that may or may not be identical.
  • the primary cells used for proliferation may not be identical to the cells resulting from proliferation.
  • differentiation induction refers to an embryonic body formed in an intermediate stage before complete differentiation from stem cells to specific cells as well as when completely differentiation is induced from stem cells to specific cells. ) Is also included.
  • differentiation may be angiogenesis.
  • angiogenesis means a process in which blood vessels are newly formed, that is, new blood vessels develop and differentiate into cells, tissues or organs.
  • Angiogenesis of the present invention includes vascular regeneration, vascular recovery, and vascular differentiation related to angiogenesis processes including endothelial cell activation, migration, proliferation, matrix remodeling and cell stabilization.
  • New angiogenic action is essential to recover ischemic tissue caused by blood vessel damage. Since the proliferation of existing vascular endothelial cells alone is insufficient for new angiogenesis and recovery, it is most important in the angiogenesis process that vascular stem cells derived from bone marrow are mobilized to the ischemic site and act on vascular repair.
  • the composition promotes mobilization of vascular stem cells from bone marrow to ischemic tissue, improves binding ability with vascular endothelial cells, and improves the ability to differentiate into blood vessels.
  • Fucoidan is a polysaccharide in which fucose, which is a basic sugar, and a sulfuric acid group are combined, and is contained in large amounts in brown algae. Fucoidan has a blood coagulation prevention effect, anti-tumor effect, gastric ulcer treatment promotion, antibacterial effect, blood pressure increase inhibition, hepatocellular proliferation factor (HGF) production induction, blood sugar increase inhibition, immune cell regulation, anti-allergic effect, It is known to have antiviral activity.
  • HGF hepatocellular proliferation factor
  • the fucoidan is preferably represented by the following formula (1), but is not limited thereto.
  • fucoidan in the composition according to the present invention is in a concentration in the range of 1 to 300 nM, more preferably in a concentration in the range of 50 to 250 nM, and most preferably in a concentration of 150 nM.
  • Tauroursodeoxycholic acid refers to a taurine conjugate of ursodeoxycholic acid (UDCA), and is said to be beneficial in the treatment of gallstones, cirrhosis, Huntington's disease, Parkinson's disease and stroke. Is known.
  • taurolusodeoxycholic acid is preferably represented by the following formula (2), but is not limited thereto.
  • the composition according to the invention comprises taurorusodeoxycholic acid in a concentration of 2.5 to 250 ⁇ M, preferably in the range of 12.5 to 50 ⁇ M, more preferably in the range of 17.5 to 35 ⁇ M, , Most preferably a concentration of 25 ⁇ M.
  • oleuropein refers to a polyphenol present in olive fruits and olive leaves.
  • oliuropine is preferably represented by the following formula (3), but is not limited thereto.
  • the composition according to the present invention contains oliuropine in a concentration of 0.05 to 5 ⁇ M, preferably in the range of 0.25 to 1 ⁇ M, more preferably in the range of 0.35 to 0.7 ⁇ M, most preferably It is a concentration of 0.5 ⁇ M.
  • Vascular endothelial growth factor refers to a signal protein produced by cells that stimulate blood vessel formation.
  • the vascular endothelial growth factor is involved in vasculogenesis and angiogenesis.
  • the vascular endothelial growth factor is preferably one or more selected from the group consisting of VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C and PIGF, but is not limited thereto.
  • the composition according to the present invention contains vascular endothelial growth factor at a concentration of 0.1 to 10 nM, preferably in the range of 1 to 5 nM, and most preferably at a concentration of 2.5 nM.
  • the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating ischemic diseases comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • the present invention provides a method for preventing or treating ischemic diseases, comprising treating the pharmaceutical composition to an individual.
  • the present invention provides the use of the pharmaceutical composition for preventing or treating ischemic diseases.
  • ischemic disease refers to a disease caused by a decrease in blood supply to a body organ, tissue or part caused by constriction or obstruction of blood vessels. After ischemia of the tissue or region, even if reperfusion of blood occurs, nerve cells are damaged, causing various sequelae, and ultimately, irreversible damage, that is, necrosis of cells and tissues.
  • the ischemic disease may be selected from the group consisting of ischemic heart disease, ischemic myocardial infarction, ischemic heart failure, ischemic enteritis, ischemic vascular disease, ischemic eye disease, ischemic retinopathy, ischemic glaucoma, ischemic renal failure, ischemic baldness, ischemic stroke and ischemic leg disease. And more preferably ischemic heart disease, ischemic myocardial infarction, ischemic heart failure, ischemic enteritis, ischemic vascular disease, ischemic stroke, and ischemic lower limb disease, most preferably ischemic myocardial infarction or ischemic lower limb It could be a disease.
  • the present invention provides a medium composition for culturing stem cells comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • “media” refers to a culture medium capable of supporting stem cell growth and survival under in vitro culture conditions, and includes all conventional media used in the art suitable for culturing stem cells. .
  • the medium and culture conditions can be selected according to the type of cells.
  • the medium used for cultivation is preferably a cell culture minimum medium (CCMM), and generally contains a carbon source, a nitrogen source, and a trace element component.
  • CCMM cell culture minimum medium
  • These cell culture minimal media include, for example, DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM (Minimal Essential Medium), BME (Basal Medium Eagle), RPMI1640, F-10, F-12, MEM (Minimal Essential Medium), GMEM ( Glasgow's Minimal essential Medium), Iscove's Modified Dulbecco's Medium, etc., but are not necessarily limited to these.
  • DMEM Dulbecco's Modified Eagle's Medium
  • MEM Minimum Essential Medium
  • BME Base Medium Eagle
  • RPMI1640 F-10, F-12
  • MEM Minimal Essential Medium
  • GMEM Glasgow's Minimal essential Medium
  • Iscove's Modified Dulbecco's Medium etc., but are not necessarily limited to these.
  • the medium composition of the present invention is preferably a xeno-free medium excluding cytokines or growth factors and animal serum (FBS) added to the existing culture medium, but is not limited thereto.
  • FBS animal serum
  • the present invention comprises the steps of treating stem cells with a stem cell culture medium composition comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients; It provides a heterogeneous culture method comprising a.
  • the present invention provides stem cells cultured by the above culture method.
  • the stem cells are vascular endothelial progenitor cells, vascular stem cells, mesenchymal stem cells, embryonic stem cells, and muscle cells. It is selected from the group consisting of Myoblast and Cardiac Stem Cells, more preferably Endothelial Progenitor Cells or vascular stem cells, most preferably vascular endothelial It is an Endothelial Progenitor Cell.
  • Stem cells cultured by the heterogeneous culture method according to the present invention not only acquire stemness, but also have the effect of improving angiogenesis, cell proliferation and mobility, and after transplanting vascular endothelial progenitor cells into the body It can improve cell viability and engraftment rate, and increase blood vessel and tissue regeneration capacity.
  • the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating ischemic diseases comprising the stem cells.
  • the present invention provides a method for preventing or treating ischemic diseases, comprising the step of treating the stem cells to an individual.
  • the present invention provides the use of the stem cells for preventing or treating ischemic diseases.
  • “individual” refers to a subject in need of treatment of a disease, and more specifically, human or non-human primates, mice, rats, dogs, cats, horses and cattle. Means mammal.
  • the pharmaceutical composition of the present invention can be formulated and used in various forms according to a conventional method.
  • it may be formulated in oral dosage forms such as powders, granules, tablets, capsules, suspensions, emulsions, syrups, etc., and may be formulated in the form of external preparations, suppositories, and sterile injectable solutions.
  • composition of the present invention may contain one or more known active ingredients having a prophylactic or therapeutic effect against ischemic diseases together with the active ingredients.
  • composition of the present invention may further include a pharmaceutically acceptable additive, wherein the pharmaceutically acceptable additives include starch, gelatinized starch, microcrystalline cellulose, lactose, povidone, colloidal silicon dioxide, calcium hydrogen phosphate, lactose , Mannitol, syrup, arabic rubber, pregelatinized starch, corn starch, powdered cellulose, hydroxypropyl cellulose, Opadry, sodium starch glycolate, carnaubanap, synthetic aluminum silicate, stearic acid, magnesium stearate, aluminum stearate, calcium stearate, White sugar or the like can be used.
  • the pharmaceutically acceptable additive according to the present invention is preferably contained in an amount of 0.1 to 90 parts by weight based on the composition, but is not limited thereto.
  • composition of the present invention can be administered in various oral or parenteral dosage forms at the time of actual clinical administration.
  • diluents or excipients such as fillers, extenders, binders, wetting agents, disintegrants, and surfactants are used. It is preferable to use those disclosed in Lamington's literature as suitable formulations known in the art.
  • the solid preparations for oral administration include tablets, pills, powders, granules, capsules, and the like, and such solid preparations include at least one excipient, such as starch, calcium carbonate, sucrose, or It is prepared by mixing lactose and gelatin.
  • excipients such as starch, calcium carbonate, sucrose, or It is prepared by mixing lactose and gelatin.
  • lubricants such as magnesium stearate and talc are also used.
  • various excipients in addition to water and liquid paraffin which are commonly used simple diluents, include suspensions, solvents, emulsions, syrups, etc. as liquid preparations for oral administration, such as wetting agents, sweeteners, fragrances, preservatives, etc. May be included.
  • Formulations for parenteral administration include sterilized aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, lyophilized formulations, and suppositories.
  • the non-aqueous solvent and the suspension solvent propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oil such as olive oil, and injectable ester such as ethyl oleate may be used.
  • injectable ester such as ethyl oleate
  • a base for suppositories witepsol, macrogol, tween 61, cacao butter, laurin, glycerogelatin, and the like may be used.
  • Fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine, and vascular endothelial growth factor of the present invention can be used in the form of pharmaceutically acceptable salts, and all salts, hydrates and solvates prepared by conventional methods are included. .
  • an acid addition salt formed by a pharmaceutically acceptable free acid is useful.
  • Acid addition salts are prepared by conventional methods, for example by dissolving the compound in an excess aqueous acid solution, and precipitating this salt using a water-miscible organic solvent such as methanol, ethanol, acetone or acetonitrile. The same molar amount of the compound and an acid or alcohol (eg, glycol monomethyl ether) in water are heated, and the mixture is then evaporated to dryness, or the precipitated salt can be filtered with suction. At this time, organic acids and inorganic acids can be used as the free acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, tartaric acid, etc.
  • maleic acid can be used as organic acids, and methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, maleic acid can be used as organic acids.
  • succinic acid, oxalic acid, benzoic acid, tartaric acid, fumaric acid, manderic acid, propionic acid, citric acid, lactic acid, glycolic acid, gluconic acid (gluconic acid), galacturonic acid, glutamic acid, glutaric acid, glucuronic acid, aspartic acid, ascorbic acid, carbonic acid, vanillic acid, hydroiodic acid, etc. can be used, but limited thereto. It doesn't work.
  • a pharmaceutically acceptable metal salt can be made using a base.
  • the alkali metal or alkaline earth metal salt is obtained, for example, by dissolving the compound in an excess alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide solution, filtering the undissolved compound salt, and evaporating and drying the filtrate.
  • the metal salt it is particularly suitable for pharmaceutical use to prepare sodium, potassium or calcium salts, but is not limited thereto.
  • the corresponding silver salt can be obtained by reacting an alkali metal or alkaline earth metal salt with a suitable silver salt (eg, silver nitrate).
  • Pharmaceutically acceptable salts of the compounds include salts of acidic or basic groups that may be present in the compound, unless otherwise indicated.
  • pharmaceutically acceptable salts may include sodium, calcium, and potassium salts of the hydroxy group
  • other pharmaceutically acceptable salts of the amino group include hydrobromide, sulfate, hydrogen sulfate, phosphate, hydrogen phosphate, Dihydrogen phosphate, acetate, succinate, citrate, tartrate, lactate, mandelate, methanesulfonate (mesylate) and p-toluenesulfonate (tosylate) salts, and the like, and methods for preparing salts known in the art It can be manufactured through.
  • the dosage of the pharmaceutical composition of the present invention may vary depending on the formulation method, administration method, administration time and/or route of administration of the pharmaceutical composition, and the type and degree of reaction to be achieved by administration of the pharmaceutical composition ,
  • the type of the subject to be administered the age, weight, general health condition, symptoms or severity of the disease, sex, diet, excretion, various factors, including components of drugs and other compositions used simultaneously or simultaneously with the subject, and It may be varied according to similar factors well known in the medical field, and a person of ordinary skill in the art can easily determine and prescribe an effective dosage for the desired treatment.
  • the route of administration and the method of administration of the pharmaceutical composition of the present invention may each be independent, and the method is not particularly limited, and any route and method of administration as long as the pharmaceutical composition can reach the desired site. You can follow.
  • the pharmaceutical composition may be administered orally or parenterally.
  • the parenteral administration method includes, for example, intravenous administration, intraperitoneal administration, intramuscular administration, transdermal administration, or subcutaneous administration.
  • the pharmaceutical composition of the present invention may be used alone or in combination with surgery, radiation therapy, hormone therapy, chemotherapy, and methods of using biological response modifiers for the prevention or treatment of ischemic diseases.
  • the present invention provides a stem cell therapy adjuvant comprising fucoidan, taurorusodeoxycholic acid, oliuropine and vascular endothelial growth factor as active ingredients.
  • the "cell therapy” refers to the biological properties of cells by proliferating, selecting, or other methods of living autologous, allogenic, and xenogenic cells in vitro to restore the function of cells and tissues. It refers to a drug that is used for treatment, diagnosis, and prevention purposes through a series of actions such as changing the blood cells. In particular, it can be classified into “stem cell therapy” embryonic stem cell therapy and adult stem cell therapy.
  • stem cell therapy adjuvant refers to an agent that can be used as an auxiliary agent to enhance the effect of a stem cell therapeutic agent generally used in the art.
  • the stem cell therapeutic agent It is possible to improve the effect of the therapeutic agent by promoting the inhibition and proliferation of cells.
  • the stem cell treatment is an ischemic disease treatment.
  • the stem cell therapy adjuvant may be administered to the human body through any general route as long as it can reach the target tissue.
  • Parenteral administration for example, intraperitoneal administration, intravenous administration, intramuscular administration, subcutaneous administration, but is not limited thereto.
  • the stem cell therapy adjuvant can also be administered by any device capable of moving the active substance to the target cell. It can be administered together with a pharmaceutical carrier generally used for stem cell treatment, such as a physiological saline solution.
  • a pharmaceutical carrier generally used for stem cell treatment such as a physiological saline solution.
  • Mixture 4F was prepared by mixing fucoidan (150 nM), taurorusodeoxycholic acid (25 ⁇ M), oliuropine (0.5 ⁇ M) and vascular endothelial growth factor (2.5 nM) (recombinant human VEGF 165).
  • fucoidan 150 nM
  • taurorusodeoxycholic acid 25 ⁇ M
  • oliuropine 0.5 ⁇ M
  • vascular endothelial growth factor 2.5 nM
  • the results of confirming the morphological characteristics of vascular endothelial progenitor cells according to the mixture 4F treatment are shown in FIG. 1.
  • the cell group expressing the undifferentiated marker depending on the number of days of treatment with the mixture 4F and the cell group expressing the distinct differentiation marker of the endothelial cell line at the same time had an undifferentiated characteristic.
  • the treatment of mixture 4F maintains the cultural characteristics of the endothelial cell line that the original cell has, while increasing only the undifferentiated characteristics (stemness), which has a phenotype and function similar to that of endothelial cells, and has the ability to differentiate into endothelial cells as a higher level. It was confirmed that more characteristics of known vascular stem cells were obtained.
  • SDF-1 ⁇ is a major cytokine that is secreted by ischemic tissue and recruits cells involved in blood vessel and tissue regeneration. The results of confirming the mobility of cells according to the treatment of the mixture 4F are shown in FIG. 2.
  • the mobility of cells was significantly increased compared to the control group by the priming of the mixture 4F.
  • the negative control group which proceeded without a specific stimulation, showed a similar level of mobility to that of the positive control, but it was confirmed that the cell mobility by SDF-1 ⁇ stimulation increased by more than 3 times according to the treatment with the mixture 4F.
  • the above results imply that the priming of the mixture 4F enhances the reactivity of cells to SDF-1 ⁇ and the ability of specific migration to ischemic tissue.
  • An animal model for lower extremity ischemia which is a severe vascular disease model, was produced to evaluate the therapeutic efficacy of vascular stem cells whose function was enhanced by treatment with mixture 4F. Specifically, the degree of improvement of blood flow after cell transplantation was hemodynamically analyzed using a laser Doppler speedometer. Specifically, in order to confirm the therapeutic efficacy of cells primed with mixture 4F in a severe ischemic animal model, a lower extremity ischemia animal model was constructed using a 7-8 week old nude mouse (male). The animal model of lower extremity ischemia is made in a manner that blocks blood flow of the lower extremities by femoral artery ligation.
  • cells (5x10 5 cells/PBS 50 ⁇ l) are intramuscularly injected daily (3, 7, 14 days). The degree of recovery of the blocked blood flow was hemodynamically analyzed using a laser Doppler speedometer. In addition, the engraftment, survival, and angiogenesis effects of the transplanted cells were confirmed through histological analysis through viable cell imaging, and the results are shown in FIGS. 3A and 3B.
  • a severe myocardial infarction model was produced using 7-8 week old nude mice.
  • the severe myocardial infarction model was produced through left coronary artery resection, and 5 ⁇ 10 5 cells per individual were directly transplanted into the ischemic area of the heart.
  • Cardiac function at 28 days after the induction of myocardial infarction is measured by echocardiography using left ventricle end diastolic diameter (LVEDD), left ventricle end systolic diameter (LVESD)], and left ventricular ejection fraction (LVEF). )] and the like were measured.
  • the cardiac output of the animal model and the diastolic function of the left ventricle were evaluated. Results of analyzing echocardiography, cardiac output, and left ventricular diastolic function are shown in FIG. 4A.
  • Example 6 Analysis of proliferative ability, cell cycle change, cell aging and colony formation ability according to mixture 4F treatment
  • cell proliferation ability analysis 10000 cells were seeded in a 96-well plate, and then cell proliferation ability was confirmed through MTS analysis according to the number of days treated with the mixture 4F.
  • the protein in the control cell was isolated, extracted and quantified using a protein lysis buffer, and then Western blotting was performed using the same amount of protein. Performed. Proteins were transferred to PVDF membrane after SDS-PAGE and blocked in 5% skim milk for 30 minutes.
  • the membrane was reacted with each of the primary antibodies p53 (abcam), p27 (abcam), p21 (abcam), p16 (abcam) and b-actin (santacruz) diluted in a ratio of 1:1000 overnight at 4°C. .
  • the HRP-conjugated secondary antibody was reacted for 1 hour at room temperature, and protein expression was visualized using LAS3000 (Fujifilm).
  • the cell cycle was analyzed by PI staining and Hst/PY staining.
  • the cell cycle was analyzed using flow cytometry by staining PI (santacruz), hoechst 33342 (santacruz), and PY (santacruz) on 60-70% confluent cultured cells.
  • PI antigenacruz
  • hoechst 33342 santacruz
  • PY santacruz
  • Figs. 5a and 5b it was confirmed that the cell proliferation capacity significantly decreased depending on the number of days treated with the mixture 4F.
  • the cells treated with the mixture 4F significantly increased the protein expression of CDK inhibitors (p21, p16), which are cell proliferation regulators.
  • CDK inhibitors p21, p16
  • the mixture 4F treatment (4 days) it was confirmed that the dormant phase G0 cell population increased significantly compared to the control group.
  • the degree of senescence of cells in which the cell cycle was stopped and aged cells (old) through repeated passages was analyzed.
  • Cell senescence analysis was performed using a SA- ⁇ -gal assay kit (cell signaling), and experiments were conducted according to the manufacturer's manual.
  • the number of aged cells ( ⁇ -gal positive-green) per cell group was measured and graphed through microscopic imaging, and the results are shown in FIG. 5C.
  • the cells were seeded and cultured for 14 to 20 days.
  • the cultured cells were graphed by measuring the number of wells in which colonies were formed through microscopic imaging, and this is shown in FIG. 5D.
  • Example 7 Analysis of gene expression related to stem cell differentiation according to mixture 4F treatment
  • RNA sequencing was requested by Teragen.
  • DEG differentially expressed gene
  • the cells primed with mixture 4F had a clear genetic difference from fully differentiated vascular endothelial cells (HUVEC), and some undifferentiated stem cells related It was confirmed that the expression of markers (CD34, KIT, HEY1, PODXL, etc.) was significantly increased compared to the outgrowing EC (OEC, L-EPC). It was confirmed that the expression of differentiated vascular endothelial cell-specific genes was also reduced to a level similar to that of outgrowing EC (OEC, L-EPC) or somewhat. The above results mean that cells primed with mixture 4F acquire immature properties.
  • Example 8 Analysis of mortality rate of undifferentiated stem cells according to mixture 4F treatment
  • Undifferentiated stem cells have higher viability due to their protective ability against pathophysiological environments such as ischemia stimulation, so that the rate of transplantation and engraftment is higher than that of differentiated cells.
  • the ischemic state (nutrient-free and hypoxic state) was implemented in vitro and the mortality rate of cells was analyzed.
  • each cell group was cultured for 24 hours in a non-nutrient medium from which FBS, growth factors and cytokines were removed, and in a hypoxic condition of 1% O 2 to realize an ischemic state in the body. After that, flow cytometry was performed using an Annexin V/PI staining kit (BD Biosciences), and the results are shown in FIG. 7.
  • Example 9 Analysis of proliferation rate and marker expression of undifferentiated stem cells according to mixture 4F treatment
  • Cell proliferation ability and recovery of marker expression were analyzed when cells whose cell cycle was stopped by the treatment with mixture 4F were reperfused with the nutrient medium (b-FGF, EGF, IGF-1, ascorbic acid added) used for conventional cell culture. Specifically, the mixture 4F was treated for 4 days and cultured (reperfusion) for 5 days in a nutrient medium (b-FGF, EGF, IGF-1, ascorbic acid addition) to cells in which the cell cycle was stopped. After exchange with the nutrient medium, the recovery of the proliferative ability of the cells on the 3rd and 5th days was confirmed using the MTS assay kit. The MTS analysis was performed according to the manufacturer's manual. The cell proliferation rate is shown in Fig. 8A, and the results of the marker expression analysis are shown in Figs. 8B and 8C.
  • the cells primed with the mixture 4F recovered not only the proliferative capacity, which had been reduced by nutrient medium reperfusion, but also the marker expression, to a level similar to that of the control group.
  • the cell cycle arrest caused by the mixture 4F treatment and the resulting decrease in cell proliferation capacity are not irreversible phenomena such as cell damage or aging, but are a general characteristic of quiescent cells that appear with an increase in the undifferentiated nature of the cells. It was confirmed that it is a reversible phenomenon that can be sufficiently recovered.
  • Example 10 Comparison of marker expression and angiogenic ability according to mixture 4F or single component treatment
  • angiogenesis assay 60 ⁇ l of Matrigel GFR (BD Biosciences) was added to a 96-well plate to harden, and then 10000 cells were seeded and cultured. After 6 hours of incubation, the degree of formation of a tube-like network was observed under a microscope. The microscopic observation results were graphed on the angiogenic ability of cells through branch number counting formed using Image J software, and the results are shown in FIG. 10.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a heterogeneous culture method using a mixture 4F.
  • EPC vascular endothelial transfected cells
  • MNCs Monocytes
  • each medium a heterogeneous medium containing 4F or existing vascular endothelium
  • Cell differentiation medium was cultured for 5 days in known medium (EGM2 media) conditions.
  • the heterogeneous medium containing the mixture 4F excludes cytokines, growth factors, and animal serum (FBS) added in the existing culture medium, Only mixture 4F and human serum (2%) were added, the medium was changed every day after cultivation, and the EPC colony adhesion was confirmed and subcultured in the case of 70% or more confluent.
  • the cells obtained by culturing with the existing vascular endothelial cell differentiation medium were cultivated with'L-EPC' and the cells obtained by culturing with a heterogeneous medium containing 4F of the mixture were named'X-EPC'.
  • Example 12 Confirmation of morphological characteristics of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using mixture 4F
  • the morphological comparison of the cells was performed by microscopic imaging in a 70-80% confluent state to confirm the morphological characteristics of the cells. Specifically, for the analysis of Ac-LDL absorption and UEA-1 binding, which is a specific function evaluation of the endothelial cell line, cells cultured in a 10-20% confluent state were cultured in serum starvation for 2 hours. . The cultured cells were treated with Ac-LDL (Invitrogen) at a concentration of 10 ⁇ g/ml and then reacted at 37° C. for 4 hours.
  • Ac-LDL Invitrogen
  • the reacted cells were fixed at room temperature for 10-15 minutes using 4% PFA, and reacted at room temperature for 1 hour at a concentration of 10 ⁇ g/ml of UEA-1 (sigma aldrich).
  • the reacted cells were washed with PBS, stained with DAPI staining, and observed with a fluorescence microscope.
  • the results of analyzing the morphological characteristics of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using the mixture 4F are shown in FIG. 12.
  • Example 13 Gene expression analysis of undifferentiated stem cell-related markers of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using mixture 4F
  • hematopoietic markers CD11b, CD14, CD45
  • undifferentiated markers CD34, c-kit, CXCR4
  • endothelial cell markers VEGFR2, PECAM, VE-cadherin
  • cells cultured by a heterogeneous culture method using mixture 4F were hematopoietic lineage markers compared to cell groups (E-EPC, L-EPC, HUVEC) obtained by conventional culture methods.
  • the expression of (CD11b, CD14, CD45) was almost unrecognizable, and it was confirmed that the expression of undifferentiated markers and vascular endothelial cell lineages was maintained high (3 lots for each umbilical cord blood donor.
  • Representative markers CD34, CXCR4 It was confirmed that the expression of VE-cadherin remained higher than that of L-EPC even after continuous subculture).
  • the cells (X-EPC) obtained by the heterogeneous culture method using the mixture 4F were vascular stem cells having higher undifferentiated characteristics than the cells cultured by the conventional culture method.
  • Example 14 Analysis of proliferation ability, cell cycle change and colony formation ability of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using mixture 4F
  • the cells cultured by the heterogeneous culture method using the mixture 4F were separated into single cells, and the proliferative ability, cell cycle change, and colony formation ability were analyzed in the same manner as in Example 6.
  • the control group in this example was cells cultured by the conventional culture method (L-EPC) and cells cultured with a medium containing each single component in a heterogeneous medium (fucoidan-treated group (Fu, 0.1 ⁇ g/ml), taurorusode Oxycholic acid treatment group (TD, 25 ⁇ M), oliuropine treatment group (OLP, 0.5 ⁇ M) and vascular endothelial growth factor treatment group (VEGF, 100 ng/ml)] were used.
  • the results of analyzing the colony formation ability are shown in FIGS. 14A and 14B.
  • Example 15 Analysis of gene expression related to stem cell differentiation of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using mixture 4F
  • the expression of the stem cell differentiation-related genes of the cells cultured by the heterogeneous culture method using the mixture 4F was analyzed by the method of Example 7. Based on the RNA sequencing results, gene ontology, categories and expression patterns were analyzed. The results of analyzing the gene expression related to stem cell differentiation are shown in FIGS. 15 to 17.
  • the cells cultured by the heterogeneous culture method using the mixture 4F has a genetic difference from the L-EPC obtained by the conventional culture method, PCA analysis of the correlation for each cell group As a result, it was confirmed that unlike HUVEC/L-EPC, which showed high similarity, X-EPC had low similarity with each cell group.
  • Example 16 Confirmation of angiogenic ability of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using mixture 4F
  • the angiogenic ability of cells cultured by the heterogeneous culture method using the mixture 4F was confirmed by the method of Example 10.
  • the beads for culture and each cell were cultured for 4 hours, and the beads were coated with cells.
  • Cell-coated culture fibrinogen/thrombin gel was seeded with 100 to 200 cell-coated beads and cultured at 37°C. During the culture, the degree of angiogenic germination of the beads was observed.
  • the 2D and 3D angiogenic ability analysis results are shown in FIG. 18.
  • Example 17 Confirmation of peripheral secretion angiogenesis effect of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using mixture 4F
  • Example 11 the angiogenesis effect by the peripheral secretion of cells cultured by the heterogeneous culture method using the mixture 4F was analyzed. Specifically, total RNA was extracted from the cells of Example 11 using Trizol, and cDNA was synthesized based on this. In addition, qPCR using the synthesized cDNA as a template was performed to analyze the mRNA expression of major angiogenesis stimulating factors (VEGF-A, IL-8, b-FGF, Ang2). The primers used for the PCR are shown in Table 1, and the qPCR results are shown in FIG. 19.
  • the cells cultured by the heterogeneous culture method using the mixture 4F was the control group (L-EPC, E-EPC, HUVEC) expression of major growth factors and cytokines that stimulate angiogenesis. ) was significantly higher than that.
  • Example 18 Confirmation of vascular regeneration effect of vascular stem cells cultured by a heterogeneous culture method using mixture 4F in an animal model of lower extremity ischemia
  • the X-EPC-transplanted limb ischemia animal model In the L-EPC-transplanted limb ischemia animal model, only cell debris was observed 7 days after the transplantation, whereas the X-EPC-transplanted limb ischemia animal model was GFP signal of the surviving cells until the 21st day of transplantation. The detection of the GFP signal means that the engraftment and survival rate of cells is improved.
  • the X-EPC-transplanted lower extremity ischemia animal model confirmed that CD31 (red; mouse vessel) positive blood vessels were also more than the L-EPC transplanted group. The above results indicate that X-EPC has excellent blood vessel regeneration effect in vivo.
  • vascular endothelial progenitor cells not only acquire stemness.
  • vascular endothelial progenitor cells since it has the effect of improving angiogenesis, cell proliferation and mobility, after transplanting vascular endothelial progenitor cells into the body, it is possible to improve cell survival and engraftment and further increase the ability to regenerate blood vessels and tissues, stem cell differentiation, ischemia It can be used in various ways in the field of disease prevention or treatment.
  • Formulation examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not construed as being limited by formulation examples.
  • the above ingredients are mixed and filled in an airtight cloth to prepare a powder.
  • tablets are prepared by tableting according to a conventional tablet preparation method.
  • the above ingredients are mixed and filled into gelatin capsules to prepare a capsule.
  • stem cells treated with mixture 4F have an effect of not only acquiring stemness, but also improving cell proliferation and mobility, and accordingly, the stem cells are transplanted into the body as a therapeutic agent for ischemic diseases. It can improve survival and engraftment, blood vessel and tissue regeneration,
  • Stem cells can be cultured by a heterogeneous culture method using the mixture 4F, and stem cells cultured by the corresponding xenogeneic culture method acquire higher undifferentiated properties, colony formation and proliferation capacity than cells cultured by conventional culture methods, and stimulate angiogenesis. It is a stem cell that has high expression of major growth factors and cytokines, and can improve cell survival and engraftment, blood vessel and tissue regeneration in vivo.
  • the mixture 4F and the stem cells according to the present invention may be usefully used in basic research and clinical fields for the development of therapeutic agents for ischemic diseases.

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Abstract

본 발명은 혼합물 4F를 이용한 줄기세포 생물학적 활성 증가용 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 혼합물 4F를 처리한 줄기세포는 미분화 특성(stemness)을 획득할 뿐만 아니라 세포증식능 및 이동능을 향상시키는 효과가 있어, 줄기세포를 체내에 이식한 후 세포 생존 및 생착률을 향상시키고 혈관 및 조직 재생능을 보다 높일 수 있는바, 줄기세포 분화, 허혈성 질환 예방 또는 치료 분야에서 다양하게 활용할 수 있다.

Description

혼합물 4F를 이용한 줄기세포 생물학적 활성 증가용 조성물
본 발명은 혼합물 4F를 이용한 줄기세포 생물학적 활성 증가용 조성물에 관한 것이다.
심장 질환, 뇌혈관 질환, 말초 혈관성 질환 등의 허혈성 혈관 질환은 40%의 높은 유병률을 가지며 세계적으로 가장 사망률이 높은 질환 중 하나이다. 이에 대한 기존의 주된 치료방법은 약물 투여 중심의 내과적 치료법과 혈관에 대한 기계적인 중개적 치료 및 외과적인 우회수술치료 세 가지이나 이러한 치료를 모두 시행하여도 산소 및 양분의 원활한 공급이 일어나지 않은 허혈 조직의 제한적인 재생으로 인하여 만족스러운 치료가 불가능한 경우가 적지 않은 실정이다. 때문에 현재 의학기술로 치료가 불가능한 광범위한 혈관 질환의 경우 대안 치료로 허혈 부위 주변의 조직으로부터 혈관신생을 촉진하여 허혈조직의 혈류를 확보하고 조직손상을 줄이고자 하는 혈관신생 치료법이 제안되고 있다.
세포로 이루어진 혈관조직의 형성을 위해서는 혈관을 만드는 세포의 공급이 필요하다. 따라서 치료전략으로 혈관신생 촉진인자를 직접 또는 이의 유전자를 투여하여 혈관내피세포의 증식 및 발달을 촉진하는 방법이 다수 진행되고 있으나 그 효과가 미비하며 여러 부작용 및 안전성 문제가 제기되어 실절적인 도입까지는 더 많은 연구가 필요한 실정이다.
한편, 혈관내피전구세포는 손상된 혈관 수복 및 허혈성 조직재생에 이미 그 효과가 입증된 세포로 발견 후 현재에 이르기까지 혈관을 만드는 세포를 직접 투여함으로써 혈관신생을 촉진하고자 하는 연구가 다양하게 시도되고 있다. 현재 줄기세포를 이용한 혈관신생 및 재생 분야에서는 임상적용을 위해 성체줄기세포를 이용하고 있는데 환자 자신의 몸에서 추출하여 필요한 조직에 자가 이식이 가능하며 배아줄기세포와 비교하여 윤리적 문제가 없다는 장점을 가지고 있다. 하지만 서구화된 식생활과 운동의 감소, 고령화 등으로 인한 환자유래 세포의 노화 및 기능저하로 인하여 실용화 단계로 이어지는데 어려움이 있다. 때문에 줄기세포의 증폭 및 생물활성 증진을 위한 연구는 세포 치료 실용화를 위한 핵심 요소로서 이를 위해 인체에 안전한 기능강화 인자들을 발굴하고 각 인자들의 작용기전을 분석하여 기능적으로 보다 더 우수한 줄기세포를 수급할 수 있는 시스템을 갖추는 것이 필요하며, 이러한 요구에 최근 줄기세포 치료제 실용화를 위한 세포기능강화 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다. 유전자 도입을 이용한 연구는 특정 유전자의 증폭 및 결손을 통해 세포의 기능을 향상시키는 방법으로 그 안정성에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
이에 본 발명자들은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 포함하는 혼합물 4F를 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은, 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포의 노화 억제, 증식 촉진 또는 분화 유도용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 허혈성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 배양용 배지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 배양용 배지 조성물을 줄기세포에 처리하는 단계;를 포함하는 무이종 배양방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 치료 보조제를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 무이종 배양방법을 통해 배양된 줄기세포를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 줄기세포를 포함하는 허혈성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포의 노화 억제, 증식 촉진 또는 분화 유도용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 허혈성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 배양용 배지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 배양용 배지 조성물을 줄기세포에 처리하는 단계;를 포함하는 무이종 배양방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 치료 보조제를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 무이종 배양방법을 통해 배양된 줄기세포를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 줄기세포를 포함하는 허혈성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 혼합물 4F를 처리한 줄기세포는 미분화 특성(stemness)을 획득할 뿐만 아니라 세포증식능 및 이동능을 향상시키는 효과가 있어, 줄기세포를 체내에 이식한 후 세포 생존 및 생착률을 향상시키고 혈관 및 조직 재생능을 보다 높일 수 있는바, 줄기세포 분화, 허혈성 질환 예방 또는 치료 분야에서 다양하게 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합물 4F가 세포의 표현형에 미치는 영향을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 혼합물 4F의 처리에 따른 세포 이동능을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 3a는 하지 허혈 동물모델에서 본 발명에 따른 혼합물 4F가 처리된 세포를 이식한 후 체내 혈관재생 효과를 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 3b는 생체 내 이미징 기법을 활용해 GFP가 태깅된 세포를 이식한 후 3일차에 혈관 봉합 부위의 이미지를 나타낸 도이다.
도 4a는 중증 심근경색 동물모델에서 심근경색 유발 후 28일 경과 시점에서 박출율(Ejection Fraction), 분절감소(Fractional Shortening) 측정을 통해 심기능을 평가한 결과이다.
도 4b는 중증 심근경색 동물모델에서 심근경색 유발 후 28일 경과 시점에서 Masson’s trichrome 염색을 실시하여 심근의 섬유화 정도를 분석한 결과이다.
도 4c는 중증 심근경색 모델에 GFP로 라벨링된 세포를 이식하고 3일 후 PCNA에 대한 면역염색을 실시하여 심근 내 세포의 생착 및 증식률을 분석한 결과이다.
도 5a는 본 발명에 따른 혼합물 4F에 처리에 따른 세포증식률 변화를 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 혼합물 4F에 처리에 따른 세포주기 변화를 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 5c는 본 발명에 따른 혼합물 4F에 처리에 따른 세포 노화를 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 5d는 본 발명에 따른 혼합물 4F에 처리에 따른 콜로니 형성능을 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 6a는 본 발명의 혼합물 4F 처리에 따른 미분화 줄기세포 관련 마커의 유전자 발현 변화를 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 6b는 본 발명의 혼합물 4F 처리에 따른 미분화 줄기세포 관련 마커의 유전자 발현을 분석한 결과를 주성분 분석 및 히트맵으로 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 혼합물 4F 처리에 따른 미분화 줄기세포의 사멸률을 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 8a는 본 발명의 혼합물 4F 처리에 따른 미분화 줄기세포의 증식률을 분석하여 나타낸 도이다.
도 8b 및 도 8c는 본 발명의 혼합물 4F 처리에 따른 미분화 줄기세포의 마커 발현 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 혼합물 4F 또는 단일 성분 처리에 따른 마커 발현 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 혼합물 4F 또는 단일 성분 처리에 따른 혈관형성능을 분석한 결과를 나타내는 도이다.
도 11은 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법을 간략히 나타내는 도이다.
도 12는 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포의 형태학적 특성을 확인한 결과를 나타내는 도이다.
도 13은 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포의 미분화 줄기세포 관련 마커의 유전자 발현을 분석한 결과를 나타내는 도이다.
도 14a는 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포의 증식능 및 콜로니 형성능 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 14b는 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무 이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포의 세포주기 변화 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 15는 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포와 대조군 세포의 유전학적 유사성을 분석한 결과를 나타내는 도이다.
도 16은 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포와 대조군 세포의 유전자 온톨로지 및 카테고리를 분석한 결과를 나타내는 도이다.
도 17a는 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포와 대조군 세포의 유전자 발현수준 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 17b는 도 17a에서의 유전자 발현수준 변화를 히트맵으로 나타낸 도이다.
도 18은 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포의 혈관형성능을 확인한 결과를 나타내는 도이다.
도 19는 본 발명에 따른 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포의 주변분비 혈관형성 효과를 확인한 결과를 나타내는 도이다.
도 20은 본 발명에 따른 하지 허혈 동물모델에서 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관 줄기세포를 이식한 후 체내 혈관재생 효과를 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 21은 본 발명에 따른 하지 허혈 동물모델에서 생체 내 이미징 기법을 활용해 GFP가 태깅된 세포를 이식한 후 혈관 봉합 부위의 이미지를 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 양태에 따르면, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포의 노화 억제, 증식 촉진 또는 분화 유도용 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, “혼합물 4F”는 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자의 혼합물을 의미한다.
본 발명에 있어서, “줄기세포”는 자기복제능력을 가지면서 두 개 이상의 세포로 분화하는 능력을 갖추는 세포를 말하며, 만능줄기세포(totipotent stem cell), 전분화능 줄기세포(pluripotent stem cell), 다분화능 줄기세포(multipotent stem cell)로 분류할 수 있다. 상기 줄기세포는 목적에 따라 적절히 제한 없이 선택될 수 있으며, 인간을 포함한 포유동물, 바람직하게는 인간으로부터 유래된 공지된 모든 조직, 세포 등의 성체 세포로부터 유래할 수 있으며, 예를 들어, 골수, 제대혈, 태반(또는 태반 조직세포), 지방(또는 지방조직 세포) 등으로부터 유래할 수 있다. 예컨대, 상기 줄기세포는 골수, 지방 조직, 근육 조직, ex vivo 배양된 자기조직 간엽 줄기세포, 동종 이계 간엽 줄기세포, 제대혈, 배 난황낭, 태반, 제대, 골막, 태아 및 사춘기 피부, 그리고 혈액으로부터 제한 없이 얻어지는 줄기세포일 수 있으며, 태아 또는 출생 직후 또는 성인으로부터 유래된 줄기세포일 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 상기 줄기세포는 혈관내피 전구 세포(Endothelial Progenitor Cell), 혈관 줄기세포(Angiogenic Stem Cell), 중간엽 줄기세포(Mesenchymal Stem Cell), 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell), 근모세포(Myoblast) 및 심장 줄기세포(Cardiac Stem Cell)로 이루어진 군으로부터 선택되며, 보다 바람직하게는 혈관내피 전구 세포(Endothelial Progenitor Cell) 또는 혈관 줄기세포(Angiogenic Stem Cell)이며, 가장 바람직하게는 혈관내피 전구 세포(Endothelial Progenitor Cell)이다.
본 발명에 있어서, “노화(senescence)”는 줄기세포가 내부 혹은 외부로부터 받는 다양한 스트레스(예를 들어 연속되는 계대 배양 및 체외 배양시의 고농도의 산소 조건 등)에 대항하여, 세포 성장(cell growth) 및 세포 분열이 정지되거나 유의성 있게 지연되는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, “증식(proliferation)”은 특징적인 세포 유형, 또는 동일할 수 있거나 동일하지 않을 수 있는 세포의 시원 세포 집단으로부터의 세포 유형들의 개수의 증가를 의미한다. 증식을 위해 사용되는 시원 세포는 증식으로부터 생성된 세포와 동일하지 않을 수 있다.
본 발명에 있어서, “분화 유도(differentiation induction)”는 줄기세포에서 특정세포로 완전히 분화가 유도된 경우뿐만 아니라 줄기세포에서 특정세포로의 완전 분화되기 전 중간 단계에서 형성되는 배아 유사구조체(embryonic body)의 형성도 포함하는 것이다.
본 발명의 구체예에서, 분화는 혈관신생일 수 있다.
본 발명에 있어서, “혈관신생(angiogenesis)”은, 혈관이 새로 형성되는 과정, 즉, 새로운 혈관이 세포, 조직 또는 기관 내로 발생 및 분화하는 것을 의미한다.
본 발명의 혈관신생은, 내피세포 활성화, 이동, 증식, 매트릭스 재형성 및 세포 안정화를 비롯한 혈관 형성 과정에 관련된 혈관재생, 혈관회복 및 혈관분화를 포함한다.
혈관 손상으로 인한 허혈성 조직을 회복을 위해서는 새로운 혈관신생 작용이 필수적이다. 기존에 존재하는 혈관 내피세포의 증식만으로는 새로운 혈관신생 및 회복이 불충분하기 때문에 골수로부터 유래된 혈관 줄기세포가 허혈 부위로 동원되어 혈관 수복에 작용하는 것은 혈관신생 과정에서 가장 중요하다.
본 발명에 따르면, 상기 조성물은 골수에서 허혈조직으로의 혈관 줄기세포의 동원을 증진시키고, 혈관 내피세포와의 결합능을 향상시키며, 혈관으로의 분화능을 향상시킨다.
본 발명에 있어서, “후코이단(Fucoidan)”은 기본 당인 후코스(fucose) 및 황산기가 결합한 다당류로, 갈조류에 다량 포함되어 있다. 상기 후코이단은 후코이단이 혈액응고방지작용, 항종양작용, 위궤양 치료 촉진작용, 항균작용, 혈압상승억제작용, 간세포증식인자(HGF) 생산유도, 혈당상승억제작용, 면역세포조절작용, 항알레르기작용, 항바이러스작용이 있다고 알려져 있다.
본 발명의 구체예에서, 후코이단은 하기 화학식 1로 표시되는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2020009037-appb-I000001
본 발명의 구체예에서, 본 발명에 따른 조성물에서 후코이단은 1 내지 300nM 범위의 농도이고, 보다 바람직하게는 50 내지 250nM 범위의 농도이며, 가장 바람직하게는 150nM의 농도이다.
본 발명에 있어서, “타우로우루소데옥시콜산(Tauroursodeoxycholic acid, TUDCA)”는 우르소데옥시콜산(UDCA)의 타우린 접합체를 의미하며, 담석, 간경변, 헌팅턴병, 파킨슨병 및 뇌졸중 등의 치료에 유익하다고 알려져 있다.
본 발명의 구체예에서, 타우로우루소데옥시콜산은 하기 화학식 2로 표시되는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2020009037-appb-I000002
본 발명의 구체예에서, 본 발명에 따른 조성물은 타우로우루소데옥시콜산을 2.5 내지 250μM의 농도로 포함하며, 바람직하게는 12.5 내지 50μM 범위의 농도이고, 보다 바람직하게는 17.5 내지 35μM의 범위이며, 가장 바람직하게는 25μM의 농도이다.
본 발명에 있어서, “올리유로핀(oleuropein)”은 올리브 열매 및 올리브 잎에 존재하는 폴리페놀을 의미한다.
본 발명의 구체예에서, 올리유로핀은 하기 화학식 3으로 표시되는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
[화학식 3]
Figure PCTKR2020009037-appb-I000003
본 발명의 구체예에서, 본 발명에 따른 조성물은 올리유로핀을 0.05 내지 5μM의 농도로 포함하며, 바람직하게는 0.25 내지 1μM의 범위이며, 보다 바람직하게는 0.35 내지 0.7μM의 범위이며, 가장 바람직하게는 0.5μM의 농도이다.
본 발명에 있어서, “혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor, VEGF)”는 혈관 형성을 자극하는 세포에 의해 생성되는 신호 단백질을 의미한다. 상기 혈관내피성장인자는 맥관 형성(vasculogenesis) 및 혈관 신생(angiogenesis)에 관여한다.
본 발명의 구체예에서, 혈관내피성장인자는 VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C 및 PIGF로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 구체예에서, 본 발명에 따른 조성물은 혈관내피성장인자를 0.1 내지 10nM 농도로 포함하고, 바람직하게는 1 내지 5nM의 범위이며, 가장 바람직하게는 2.5nM의 농도이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 허혈성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 약학적 조성물을 개체에 처리하는 단계를 포함하는, 허혈성 질환 예방 또는 치료방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 약학적 조성물의, 허혈성 질환 예방 또는 치료용도를 제공한다.
본 발명에 있어서, “허혈성 질환”은 혈관의 수축 또는 폐색에 의해 유발되는 신체기관, 조직 또는 부위로의 혈액공급의 감소로 인하여 발생하는 질환을 의미한다. 상기 조직 또는 부위의 허혈 후에는 혈액의 재관류(reperfusion)가 일어나더라도 신경세포가 손상되어 여러 가지 후유증을 야기하며, 궁극적으로 비가역적인 손상, 즉 세포 및 조직의 괴사로 이어진다. 상기 허혈성 질환은 허혈성 심장질환, 허혈성 심근경색, 허혈성 심부전, 허혈성 장염, 허혈성 혈관질환, 허혈성 안질환, 허혈성 망막증, 허혈성 녹내장, 허혈성 신부전, 허혈성 대머리, 허혈성 뇌졸중 및 허혈성 하지 질환으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 보다 바람직하게는 허혈성 심장질환, 허혈성 심근경색, 허혈성 심부전, 허혈성 장염, 허혈성 혈관질환, 허혈성 뇌졸중 및 허혈성 하지 질환으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 가장 바람직하게는 허혈성 심근경색 또는 허혈성 하지질환일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 배양용 배지 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, “배지(media)”는 체외배양 조건에서 줄기세포 성장 및 생존을 지지할 수 있게 하는 배양액을 의미하고, 줄기세포의 배양에 적절한 당 분야에서 사용되는 통상의 배지를 모두 포함한다. 또한, 세포의 종류에 따라 배지와 배양 조건을 선택할 수 있다. 배양에 사용되는 배지는 바람직하게는 세포 배양 최소 배지(cell culture minimum medium; CCMM)로, 일반적으로 탄소원, 질소원 및 미량원소 성분을 포함한다. 이런 세포 배양 최소 배지에는 예들 들어, DMEM(Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium), MEM(Minimal essential Medium), BME(Basal Medium Eagle), RPMI1640, F-10, F-12, MEM(Minimal essential Medium), GMEM(Glasgow’s Minimal essential Medium), Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium 등이 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 구체예에서, 본 발명의 배지 조성물은 기존 배양 배지 내 첨가되는 사이토카인이나 성장인자 및 동물혈청(FBS)을 배제한 무이종(xeno-free) 배지인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 배양용 배지 조성물을 줄기세포에 처리하는 단계; 를 포함하는 무이종 배양방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 배양방법으로 배양된 줄기세포를 제공한다.
본 발명의 구체예에서, 상기 줄기세포는 혈관내피 전구 세포(Endothelial Progenitor Cell), 혈관 줄기세포(Angiogenic Stem Cell), 중간엽 줄기세포(Mesenchymal Stem Cell), 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell), 근모세포(Myoblast) 및 심장 줄기세포(Cardiac Stem Cell)로 이루어진 군으로부터 선택되며, 보다 바람직하게는 혈관내피 전구 세포(Endothelial Progenitor Cell) 또는 혈관 줄기세포(Angiogenic Stem Cell)이며, 가장 바람직하게는 혈관내피 전구 세포(Endothelial Progenitor Cell)이다.
본 발명에 따른 상기 무이종 배양방법으로 배양된 줄기세포는 미분화 특성(stemness)을 획득할 뿐만 아니라 혈관신생, 세포증식능 및 이동능을 향상시키는 효과가 있어, 혈관내피 전구 세포를 체내에 이식한 후 세포 생존 및 생착률을 향상시키고 혈관 및 조직 재생능을 보다 높일 수 있다.
이에 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 줄기세포를 포함하는 허혈성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 줄기세포를 개체에 처리하는 단계를 포함하는, 허혈성 질환 예방 또는 치료방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 줄기세포의 허혈성 질환 예방 또는 치료용도를 제공한다.
본 발명에서 “개체”란 질병의 치료를 필요로 하는 대상을 의미하고, 보다 구체적으로는 인간 또는 비-인간인 영장류, 생쥐(mouse), 쥐(rat), 개, 고양이, 말 및 소 등의 포유류를 의미한다.
본 발명의 약학적 조성물은 통상의 방법에 따라 다양한 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 예컨대, 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀션, 시럽 등의 경구형 제형으로 제형화할 수 있고, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물은 상기 유효성분과 함께 허혈성 질환에 대하여 예방 또는 치료 효과를 갖는 공지의 유효성분을 1종 이상 함유할 수 있다.
본 발명의 조성물은 약제학적으로 허용 가능한 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이때 약제학적으로 허용 가능한 첨가제로는 전분, 젤라틴 화 전분, 미결정셀룰로오스, 유당, 포비돈, 콜로이달실리콘디옥사이드, 인산수소칼슘, 락토스, 만니톨, 엿, 아라비아고무, 전호화전분, 옥수수전분, 분말셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 오파드라이, 전분글리콜산나트륨, 카르나우바납, 합성규산알루미늄, 스테아린산, 스테아린산마그네슘, 스테아린산알루미늄, 스테아린산칼슘, 백당 등이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 약제학적으로 허용 가능한 첨가제는 상기 조성물에 대해 0.1 ~ 90 중량부 포함되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 조성물은 실제 임상투여 시에 경구 또는 비경구의 여러 가지 제형으로 투여될 수 있는데, 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제할 수 있으며, 당해 기술 분야에 알려진 적합한 제제는 래밍턴의 문헌에 개시되어 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 경구 투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘 카보네이트(Calcium carbonate), 수크로스(Sucrose) 또는 락토오스(Lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스티레이트 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 또한, 상기 경구 투여를 위한 액상제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당하는데 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.
상기 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁용제로는 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자는 약학적으로 허용되는 염의 형태로 사용될 수 있으며, 통상의 방법에 의해 제조되는 모든 염, 수화물 및 용매화물이 포함된다.
염으로는 약학적으로 허용 가능한 유리산(free acid)에 의해 형성된 산 부가염이 유용하다. 산 부가 염은 통상의 방법, 예를 들어 화합물을 과량의 산 수용액에 용해하고, 이 염을 수혼 화성 유기 용매, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 아세톤 또는 아세토니트릴을 사용하여 침전시켜서 제조한다. 동 몰량의 화합물 및 물 중의 산 또는 알코올(예, 글리콜 모노메틸에테르)을 가열하고, 이어서 상기 혼합물을 증발시켜 건조하거나, 또는 석출된 염을 흡인 여과시킬 수 있다. 이때, 유리산으로는 유기산과 무기산을 사용할 수 있으며, 무기산으로는 염산, 인산, 황산, 질산, 주석산 등을 사용할 수 있고 유기산으로는 메탄술폰산, p-톨루엔술폰산, 아세트산, 트리플루오로아세트산, 말레인산(maleic acid), 숙신산, 옥살산, 벤조산, 타르타르산, 푸마르산(fumaric acid), 만데르산, 프로피온산(propionic acid), 구연산(citric acid), 젖산(lactic acid), 글리콜산(glycollic acid), 글루콘산(gluconic acid), 갈락투론산, 글루탐산, 글루타르산(glutaric acid), 글루쿠론산(glucuronic acid), 아스파르트산, 아스코르브산, 카본산, 바닐릭산, 히드로아이오딕산 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
또한, 염기를 사용하여 약학적으로 허용 가능한 금속염을 만들 수 있다. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염은, 예를 들어 화합물을 과량의 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 토금속 수산화물 용액 중에 용해시키고, 비용해 화합물 염을 여과한 후 여액을 증발, 건조해 얻는다. 이때, 금속염으로서는 특히 나트륨, 칼륨 또는 칼슘염을 제조하는 것이 제약상 적합하나 이들에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이에 대응하는 은염은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염을 적당한 은염(예, 질산은)과 반응시켜 얻을 수 있다.
상기 화합물의 약학적으로 허용 가능한 염은, 달리 지시되지 않는 한, 상기 화합물에 존재할 수 있는 산성 또는 염기성 기의 염을 포함한다. 예를 들어, 약학적으로 허용 가능한 염으로는 히드록시기의 나트륨, 칼슘 및 칼륨 염 등이 포함될 수 있고, 아미노기의 기타 약학적으로 허용 가능한 염으로는 히드로브로마이드, 황산염, 수소 황산염, 인산염, 수소 인산염, 이수소 인산염, 아세테이트, 숙시네이트, 시트레이트, 타르트레이트, 락테이트, 만델레이트, 메탄술포네이트(메실레이트) 및 p-톨루엔술포네이트(토실레이트) 염 등이 있으며 당업계에서 알려진 염의 제조방법을 통하여 제조할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물의 투여량은 상기 약학적 조성물의 제제화 방법, 투여 방식, 투여 시간 및/또는 투여 경로 등에 의해 다양해질 수 있으며, 상기 약학적 조성물의 투여로 달성하고자 하는 반응의 종류와 정도, 투여 대상이 되는 개체의 종류, 연령, 체중, 일반적인 건강 상태, 질병의 증세나 정도, 성별, 식이, 배설, 해당 개체에 동시 또는 이시에 함께 사용되는 약물 기타 조성물의 성분 등을 비롯한 여러 인자 및 의약 분야에서 잘 알려진 유사 인자에 따라 다양해질 수 있으며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 목적하는 치료에 효과적인 투여량을 용이하게 결정하고 처방할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물의 투여 경로 및 투여 방식은 각각 독립적일 수 있으며, 그 방식에 있어 특별히 제한되지 아니하며, 목적하는 해당 부위에 상기 약학적 조성물이 도달할 수 있는 한 임의의 투여 경로 및 투여 방식에 따를 수 있다.
상기 약학적 조성물은 경구 투여 또는 비경구 투여 방식으로 투여할 수 있다. 상기 비경구 투여 방식으로는 예를 들어 정맥 내 투여, 복강 내 투여, 근육 내 투여, 경피 투여 또는 피하 투여 등이 포함된다.
본 발명의 약학적 조성물은 허혈성 질환의 예방 또는 치료를 위하여 단독으로, 또는 수술, 방사선 치료, 호르몬 치료, 화학 치료 및 생물학적 반응 조절제를 사용하는 방법들과 병용하여 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는 줄기세포 치료 보조제를 제공한다.
본 발명에 있어서, “세포 치료제”는 세포와 조직의 기능을 복원하기 위하여 살아 있는 자가(autologous), 동종(allogenic), 이종(xenogenic) 세포를 체외에서 증식, 선별하거나 여타 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등 일련의 행위를 통하여 치료, 진단, 예방 목적으로 사용되는 의약품을 말하며, 특히 "줄기세포 치료제" 배아줄기세포 치료제와 성체줄기세포 치료제로 분류할 수 있다.
본 발명에 있어서, “줄기세포 치료 보조제”는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 줄기세포 치료제의 효과를 증진시키기 위하여 보조적으로 사용될 수 있는 제재를 말하며, 본 발명의 조성물을 사용함으로써 줄기세포 치료제의 줄기세포의 노화 억제 및 증식을 촉진하여 치료제의 효과를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현 예에서, 상기 줄기세포 치료는 허혈성 질환 치료이다.
상기 줄기세포 치료 보조제는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여 인체에 투여될 수 있다.
비경구 투여, 예를 들어 복강 내 투여, 정맥 내 투여, 근육 내 투여, 피하 투여될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 줄기세포 치료 보조제는 또한 활성 물질이 표적 세포로 이동할 수 있는 임의의 장치에 의해 투여될 수 있다. 줄기세포 치료에 일반적으로 사용되는 약제학적 담체와 함께 투여될 수 있으며, 이런 담체로 생리학적 식염수를 예로 들 수 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
[실시예]
실시예 1. 혼합물 4F의 제조
후코이단(150nM), 타우로우루소데옥시콜산(25μM), 올리유로핀(0.5μM) 및 혈관내피성장인자(2.5nM)(recombinant human VEGF 165)를 혼합하여 혼합물 4F를 제조하였다. 후술되는 실시예에서는 기존 배양배지(EndoGo XF media, Bological Industries)에 첨가하였던 b-FGF, IGF, EGF, 아스코르브산은 사용하지 않고 기본 배지에 4F만을 추가하여 실험에 이용하였다.
실시예 2. 혼합물 4F 처리에 따른 혈관내피 전구 세포의 형태학적 특성 확인
4F 처리가 세포 표현형에 미치는 영향을 알아보고자 주요 세포 표지자들을 크게 미분화 마커(stem cell marker)와 내피세포 계열 마커(Endothelial lineage marker)로 나누어 유세포 분석기를 이용하여 분석하였다. 구체적으로, 제대혈 유래 혈관내피전구세포(L-EPC)에 혼합물 4F(Fucoidan, TUDCA, Oleuropein, VEGF)를 혈관내피세포 배양용 기본배지(EBM2, Lonza)에 5%의 FBS, 1%의 페니실린/스트렙토마이신과 함께 추가하여 다양한 기간 조건으로 처리한 후 미분화 마커(CD34, CD90, c-kit, CXCR4), 내피세포 계열 마커(Tie2, CD31)의 발현을 유세포 분석기(flowcytometry)를 이용하여 분석하였다. 결과의 재현성 검증을 위해 5명 산모 유래 제대혈에서 L-EPC를 분리·배양(n=5)하여 각 마커의 발현을 확인하였다. 혼합물 4F 처리에 따른 혈관내피 전구 세포의 형태학적 특성을 확인한 결과는 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F 처리일수 의존적으로 미분화 마커를 발현하는 세포군과, 미분화 성격을 지니며 동시에 내피세포 계열의 뚜렷한 분화 마커를 발현하는 세포군이 매우 증가함을 확인하였다. 이를 통해 혼합물 4F의 처리가 본래 세포가 가지는 내피세포 계열의 문화적 특성을 유지하는 동시에 미분화 특성(stemness)만을 증가시킴으로써 내피세포와 유사한 표현형 및 기능을 가지며 그 상위단계로서 내피세포로의 단분화능을 가진다고 알려진 혈관 줄기세포의 특징을 보다 더 획득함을 확인하였다.
실시예 3. 혼합물 4F 처리에 따른 세포 이동능 확인
4F 처리일수 의존적으로 줄기세포의 이동능을 조절한다고 알려진 CXCR4의 발현 증가를 확인하였으므로, 이를 토대로 CXCR4의 리간드인 SDF-1α를 이용하여 혈관형성 및 재생에 필수 과정인 세포 이동능을 분석하였다. 구체적으로, 케모카인 자극에 의한 세포 이동능을 분석하기 위해 트랜스웰 이동 분석(transwell migration assay)을 실시하였다. 실험 그룹별 세포(5x104 cells)가 시딩된 8.0μm 메쉬 멤브레인 인서트를 배양 플레이트에 삽입하고 하부에 세포 이동을 자극하는 케모카인인 SDF-1α(100ng/ml)를 첨가한 후 배양하였다. 6시간 후 하부의 SDF-1α 자극에 의해 메쉬 멤브레인의 포어(pore)를 빠져나온 세포를 크리스탈 바이올렛으로 염색하여 이동한 세포를 계수하였다. SDF-1α는 허혈조직에서 분비되어 혈관 및 조직 재생에 관여하는 세포들을 리쿠르팅하는 주요 사이토카인이다. 혼합물 4F 처리에 따른 세포의 이동능을 확인한 결과는 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 세포의 이동능이 혼합물 4F의 프라이밍에 의해 대조군 대비 유의적으로 증가하였다. 또한, 특정 자극 없이 진행한 음성 대조군은 양성 대조군과 유사한 수준의 이동능이 관찰되었으나 혼합물 4F 처리에 따른 SDF-1α 자극에 의한 세포 이동능이 3배 이상 증가함을 확인하였다. 상기 결과는 혼합물 4F의 프라이밍에 의해 세포의 SDF-1α에 대한 반응성 및 허혈 조직으로의 특이적 이동능을 증진시킨다는 것을 의미한다.
실시예 4. 하지 허혈 동물모델에서 본 발명에 따른 혼합물 4F의 혈관 재생 효과 확인
중증 혈관질환 모델인 하지 허혈 동물모델을 제작하여 혼합물 4F 처리에 의해 기능이 강화된 혈관 줄기세포의 치료 효능을 평가하였다. 구체적으로, 레이저 도플러 속도계를 이용하여 세포 이식 후 혈류의 개선 정도를 혈역학적으로 분석하였다. 구체적으로, 중증 허혈성 동물모델에서 혼합물 4F로 프라이밍된 세포의 치료 효능 확인을 위해 7-8주령의 누드 마우스(male)를 이용하여 하지 허혈 동물모델을 제작하였다. 하지 허혈 동물모델은 대퇴동맥 절제(femoral artery ligation)에 의해 하지 혈류를 차단하는 방식으로 만들어지며 혈관 절제 후, 세포(5x105 cells/PBS 50μl)를 근육주사하여 일별(3, 7, 14일)로 차단된 혈류의 회복 정도를 레이저 도플러 속도계를 이용하여 혈역학적으로 분석하였다. 또한, 이식한 세포의 생착 및 생존, 혈관신생 효과는 생존세포 이미징을 통해 조직학적 분석을 통해 확인하였으며, 그 결과는 도 3a 및 도 3b에 나타내었다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 4F 처리 세포 이식 시, 체내 혈관재생이 대조군 대비 유의적으로 증진됨을 확인하였다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 생체 내 이미징 기법을 활용하여 GFP 태깅된 세포 이식 후 3일 차에 혈관 봉합 부위를 생존 상태로 이미징한 결과, 봉합된 동맥 혈관 주위로 이식해준 GFP+ 세포가 다수 관찰되는 것을 관찰하였다. 상기 결과는 혼합물 4F 처리에 의해 생존능이 증진된 혈관 줄기세포가 혈관 재생을 위하여 리쿠르팅 되었음을 의미한다.
실시예 5. 중증 심근경색 동물모델에서 혼합물 4F 처리에 따른 심기능 증진 효과 확인
중증 심근경색 동물모델을 활용하여 혼합물 4F로 프라이밍된 세포의 치료 효능을 확인하였다. 구체적으로, 7-8주령 누드 마우스를 이용하여 중증 심근경색 모델을 제작하였다. 상기 중증 심근경색 모델은 좌관상동맥 절제를 통해 제작되었으며, 개체 당 5x105 cells를 심장의 허혈 부위에 직접 이식하였다. 심근경색 유발 후 28일 경과 시점의 심기능은 심초음파를 이용하여 좌심실의 질량, 용적[Left ventricle end diastolic diameter(LVEDD), left ventricle end systolic diameter(LVESD)], 좌심실 구혈률[Left ventricular ejection fraction(LVEF)] 등을 측정하였다. 또한, 동물모델의 심박출량, 좌심실의 이완기 기능을 평가하였다. 심초음파, 심박출량 및 좌심실 이완기 기능을 분석한 결과는 도 4a에 나타내었다.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 심근경색 유발 후 28일경과 시점의 심기능 평가 결과 박출율(Ejection Fraction, EF), 분절감소(Fractional Shortening, FS)는 혼합물 4F 처리 군이 대조군 대비 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다. 상기 결과는 혼합물 4F가 기존의 혈관줄기세포 기능을 더욱 향상시킨다는 것을 의미한다.
추가로, 심근경색 유발 28일 후 아교섬유를 특징적으로 염색할 수 있는 Masson’trichrome 염색을 하여 심근의 섬유화 정도(파란색 염색부분)를 분석하였으며, 그 결과는 도 4b에 나타내었다.
도 4b에 나타낸 바와 같이, 왼쪽 심실은 섬유화 정도가 혼합물 4F 처리에 의해 유의적으로 감소한 것을 확인하였다.
또한, 중증 심근경색 모델에 GFP로 라벨링된 세포를 이식한 지 3일 후에 심근 내 세포의 생착 및 증식률 세포의 증식 마커인 PCNA를 면역염색하여 확인하였으며, 그 결과를 도 4c에 나타내었다.
도 4c에 GFP와 머지(merge)되는 PCNA의 발현이 혼합물 4F 처리 군에서 다수 관찰되었다.
상기 결과는 중증 심근경색 동물모델에서 이식된 혼합물 4F로 프라이밍된 혈관줄기세포가 증식을 통해 심장 내 심근회복 및 심기능을 증진시킨다는 것을 의미한다.
실시예 6. 혼합물 4F 처리에 따른 증식능, 세포주기 변화, 세포 노화 및 콜로니 형성능 분석
세포 증식능 분석을 위해 96 웰 플레이트에 10000개의 세포를 시딩한 후 혼합물 4F 처리일수에 따라 MTS 분석을 통해 세포 증식능을 확인하였다. 또한, 세포 증식 조절 인자인 CDK 억제제(p21, p16)의 단백질 발현을 확인하기 위해 단백질 용해 버퍼를 이용하여 대조군의 세포 내 단백질을 분리, 추출 및 정량한 후 동량의 단백질을 사용하여 웨스턴 블롯팅을 수행하였다. 단백질은 SDS-PAGE 후 PVDF 멤브레인으로 옮겨 5% 탈지유에서 30분 동안 블로킹(blocking)하였다. 블로킹 후 1:1000의 비율로 희석된 각 1차 항체 p53(abcam), p27(abcam), p21(abcam), p16(abcam) 및 b-actin(santacruz)와 멤브레인을 4℃에서 밤새도록 반응시켰다. 멤브레인을 세척한 후 HRP가 결합한 2차 항체와 상온에서 1시간 반응시켰으며, LAS3000(Fujifilm)을 이용하여 단백질의 발현을 시각화하였다. 또한, 세포의 증식능 저하가 미분화 특성 증가로 유도된 세포주기 정지에 의한 것임을 확인하기 위하여, PI 염색법 및 Hst/PY 염색법으로 세포주기를 분석하였다. 구체적으로, 60-70% 컨플루언트 배양된 세포에 PI(santacruz), hoechst 33342(santacruz), PY(santacruz) 염색을 하여 유세포분석을 이용하여 세포주기를 분석하였다. 혼합물 4F 처리에 따른 세포증식율 및 세포주기 변화를 확인한 결과는 도 5a 및 5b에 나타내었다.
도 5a 및 5b에 나타낸 바와 같이, 세포증식능은 혼합물 4F 처리일수에 의존적으로 유의하게 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 혼합물 4F를 처리한 세포는 세포 증식 조절 인자인 CDK 억제제(p21, p16)의 단백질 발현이 유의하게 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 세포주기 분석 결과, 혼합물 4F 처리 시(4일) DNA의 복제와 세포질의 분열이 일어나는 S기와 G2/M기가 대조군에 비해 유의적으로 감소했지만, G0/G1기는 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다. 그뿐만 아니라 혼합물 4F 처리 시(4일) 휴면기 상태인 G0기의 세포 군집이 대조군 대비 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다.
세포주기가 정지된 세포 및 반복계대를 통해 노화된 세포(old)의 노화 정도를 분석하였다. 세포 노화 분석은 SA-β-gal 분석키트(cell signaling)를 이용하였으며, 제조사의 매뉴얼에 따라 실험하였다. 현미경 이미징을 통해 세포그룹당 노화된 세포(β-gal positive-초록색)의 수를 측정하여 그래프 화하였으며, 그 결과를 도 5c에 나타내었다.
도 5c에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F 처리에 의한 세포주기 정지가 세포 손상이나 노화에 의한 것이 아니라 미분화 특성의 증가로 유도된 것임을 확인하였다.
또한, 세포의 콜로니 형성능 확인을 위해 96 웰 플레이트에 1% 젤라틴을 코팅한 후 세포를 시딩하고, 14 내지 20일 동안 배양하였다. 현미경 이미징을 통해 배양 세포를 콜로니가 형성된 웰 수를 측정하여 그래프 화하였으며, 이를 도 5d에 나타내었다.
도 5d에 나타낸 바와 같이, 단일세포 콜로니 분석을 통해 단일 세포의 콜로니 형성능을 분석한 결과, 혼합물 4F의 프라이밍에 의해 혈관 줄기세포가 휴지 상태에 빠지며 줄기세포로서의 미분화 특성이 크게 증가된다는 것을 확인하였다.
실시예 7. 혼합물 4F 처리에 따른 줄기세포 분화 관련 유전자 발현 분석
혼합물 4F 처리에 따른 혈관내피세포의 미분화 또는 분화 관련 유전자의 발현을 측정하였다. 구체적으로, 혼합물 4F로 프라이밍된 혈관내피세포로부터 전체 RNA를 추출하였다. 전체 RNA 2μg을 준비하여 Teragen 사에 RNA 시퀀싱을 의뢰하였다. DEG(Differentially expressed gene)분석은 Cuffdiff 방법을 기반으로 q-value threshold가 0.05 미만을 추출하여 분석하였다. 줄기세포 분화 관련 유전자 발현을 분석한 결과는 도 6a 및 도 6b에 나타내었다.
도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 전사체를 RNA 시퀀싱을 통해 분석한 결과, 혼합물 4F로 프라이밍된 세포는 완전히 분화된 혈관내피세포(HUVEC)와 분명한 유전학적 차이가 있었으며, 일부 미분화 줄기세포 관련 마커(CD34, KIT, HEY1, PODXL 등)의 발현이 outgrowing EC(OEC, L-EPC)에 비해 유의적으로 증가한 것을 확인하였다. 분화된 혈관내피세포 특이적 유전자들의 발현 또한 outgrowing EC(OEC, L-EPC)와 비슷한 수준 또는 다소 감소하는 것을 확인하였다. 상기 결과는 혼합물 4F로 프라이밍된 세포가 미성숙(immature) 특성을 획득한다는 것을 의미한다.
실시예 8. 혼합물 4F 처리에 따른 미분화 줄기세포의 사멸률 분석
미분화 줄기세포는 허혈 자극과 같은 병태생리학적 환경에 대한 방어능으로 생존능이 높아져 이식 및 생착률이 분화세포에 비해 더 높다. 이를 확인하기 위해 허혈 상태(무양분 및 저산소 상태)를 체외 구현하여 세포의 사멸률을 분석하였다. 세포 사멸률 분석은 각 세포그룹을 FBS, 성장인자 및 사이토카인이 제거된 무영양 배지, 1% O2의 저산소 조건에서 24시간 동안 배양하여 체내 허혈상태를 체외에서 구현하였다. 그 후 아넥신 V/PI 염색 키트(BD Biosciences)를 사용하여 유세포 분석을 하였으며, 그 결과는 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F로 프라이밍된 세포의 생존 세포 군집은 대조군 대비 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다. 상기 결과는 혼합물 4F 처리는 세포의 미분화 특성을 증가시키며, 이는 곧 허혈자극에 대한 방어기작을 증진시킴으로써 세포 생존능 향상에 기여한다는 것을 의미한다.
실시예 9. 혼합물 4F 처리에 따른 미분화 줄기세포의 증식률 및 마커 발현 분석
혼합물 4F 처리에 의해 세포 주기가 정지된 세포를 기존 세포 배양에 사용하는 영양 배지(b-FGF, EGF, IGF-1, ascorbic acid 첨가)로 재관류시켰을 때 세포 증식능 및 마커발현의 회복을 분석하였다. 구체적으로, 혼합물 4F를 4일 동안 처리하여 세포주기가 정지된 세포에 영양 배지(b-FGF, EGF, IGF-1, ascorbic acid 첨가) 조건에서 5일 동안 배양(reperfusion)하였다. 영양 배지로 교환한 후 3 및 5일 차에 세포의 증식능 회복을 MTS 분석 키트를 이용하여 확인하였다. 상기 MTS 분석은 제조사의 매뉴얼에 따라 수행하였다. 세포 증식률은 도 8a에 나타내었고, 마커 발현 분석 결과는 도 8b 및 도 8c에 나타내었다.
도 8a 내지 도 8c에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F로 프라이밍된 세포는 영양 배지 재관류에 의해 감소하였던 증식능이 회복될 뿐만 아니라 마커 발현 또한, 대조군과 비슷한 수준으로 회복되는 것을 확인하였다. 상기 결과로부터 혼합물 4F 처리에 의해 일어난 세포주기 정지 및 이로 인한 세포 증식능의 저하가 세포 손상이 또는 노화와 같은 비가역적 현상이 아니라 세포의 미분화 성격 증가와 함께 나타나는 휴지기 세포의 일반적 특징이며, 필요 자극에 의해 충분히 회복될 수 있는 가역적 현상임을 확인하였다.
실시예 10. 혼합물 4F 또는 단일 성분 처리에 따른 마커 발현 및 혈관형성능 비교
혼합물 4F 또는 단일 성분(후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 또는 혈관내피성장인자)처리에 따른 마커 발현 및 혈관형성능을 비교하였다. 본 실험의 실험군은 혼합물 4F를 처리하였으며, 대조군은 무처리군(con), 후코이단 처리군(Fu, 0.1μg/ml), 타우로우루소데옥시콜산 처리군(TD, 25μM), 올리유로핀 처리군(OLP, 0.5μM) 및 혈관내피성장인자 처리군(VEGF, 100ng/ml)을 이용하였다.
먼저, 혼합물 4F로 프라이밍된 세포의 마커 즉, CD90, c-kit, CXCR4, Tie2 및 CD144의 발현은 실시예 1의 방법으로 분석하였으며, 그 결과는 각각 도 9a 내지 도 9e에 나타내었다.
도 9a 내지 도 9e에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F 처리군은 각 성분의 단일 처리 조건 대비 미분화 마커(CD34, CD90, c-kit, CXCR4)를 발현하는 세포 군집이 많이 증가하는 것을 확인하였다.
혈관형성능 분석은 96 웰 플레이트에 마트리젤 GFR(BD Biosciences)을 60μl씩 첨가하여 굳힌 후 세포 10000개를 시딩하여 배양하였다. 배양 6시간 후 튜브 유사 네트워크의 형성 정도를 현미경으로 관찰하였다. 현미경 관찰 결과를 이미지 J 소프트웨어를 이용하여 형성된 가짓수 계수(branch number counting)를 통해 세포의 혈관형성능을 그래프화하였으며, 그 결과는 도 10에 나타내었다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F 처리군은 각 성분의 단일 처리 조건 대비 혈관형성능이 크게 증가하는 것을 확인하였다.
상기 결과는 혼합물 4F를 처리하는 것이 단일 성분을 처리하는 것에 비해 세포의 미분화 특성 및 혈관형성능을 현저히 증가시킨다는 것을 의미한다.
실시예 11. 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법
도 11은 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법을 간략히 나타낸 도이다. 구체적으로, 혈관내피전수세포(EPC)의 분리 및 배양은 양산부산대학교 병원 산부인과에 내원한 산모의 제대혈(IRB승인번호 05-2017-053, 50cc이상)을 공급받아 ficoll을 이용한 밀도차 원심분리로 단핵구(MNCs)를 수득하였다. 적혈구 용해 후 피브로넥틴(1μg/cm2)이 코팅된 6 웰 플레이트에 세포를 시딩(7x106 cells/well)하고, 37℃, 5% CO2, 각 배지(혼합물 4F 포함 무이종 배지 또는 기존 혈관내피세포분화 배지 알려진 배지(EGM2 media) 조건에서 5일 동안 배양하였다. 상기 혼합물 4F를 포함하는 무이종 배지는 기존 배양 배지 내 첨가되는 사이토카인이나 성장인자 및 동물혈청(FBS)를 배제하고 기본 배지에 혼합물 4F와 인간 혈청(2%)만을 첨가한 것이다. 배양 후 매일 배지를 교환하였으며, EPC 콜로니 부착을 확인하여 70% 이상 컨플루언트 상태인 경우 계대배양하였다. 배양된 세포는 배양 배지의 종류에 따라, 기존의 혈관내피세포 분화 배지로 배양하여 획득한 세포를 ‘L-EPC’, 혼합물 4F를 포함하는 무이종 배지로 배양하여 획득한 세포를 ‘X-EPC’라고 명명하였다.
실시예 12. 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관 줄기세포의 형태학적 특성 확인
세포의 형태학적 비교는 70 내지 80% 컨플루언트 상태에서 현미경 이미징하여 세포의 형태학적 특징을 확인하였다. 구체적으로, 내피세포계열의 특이적 기능평가인 Ac-LDL 흡수 및 UEA-1 결합 분석은 10-20% 컨플루언트한 상태로 배양한 세포를 2시간 동안 혈청 기아 상태(serum starvation)로 배양하였다. 배양된 세포에 Ac-LDL(Invitrogen) 10μg/ml 농도로 처리한 후 4시간 동안 37℃에서 반응시켰다. 반응된 세포를 4% PFA를 이용하여 상온에서 10-15분 고정하였고, UEA-1(sigma aldrich) 10μg/ml 농도로 1시간 동안 상온에서 반응시켰다. 반응된 세포를 PBS로 세척한 후 DAPI 염색법으로 염색한 후 형광현미경으로 관찰하였다. 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관 줄기세포의 형태학적 특성을 분석한 결과는 도 12에 나타내었다.
도 12는 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양한 세포(X-EPC)는 기존 배양방법으로 배양한 세포(E-EPC, L-EPC)와 같은 표현형이 있다는 것을 확인하였다. 또한, 혼합물 4F를 활용한 무이종 배양방법에 의한 세포의 특별한 형태학적 변화는 없음을 확인하였다.
실시예 13. 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관 줄기세포의 미분화 줄기세포 관련 마커의 유전자 발현 분석
상기 실시예 11에서 배양된 세포의 조혈 계열 마커(CD11b, CD14, CD45), 미분화 마커(CD34, c-kit, CXCR4), 내피세포 계열 마커(VEGFR2, PECAM, VE-cadherin)의 발현을 분석하였다. 구체적으로, 실시예 11에서 배양된 세포를 트립신-EDTA와 1:100, 4℃에서 30분 동안 반응시켜 배양 플레이트로부터 떼어냈다. 상기 세포의 미분화 줄기세포 관련 마커 유전자 발현을 유세포 분석기(flowcytometry)를 통해 분석하였으며, 그 결과는 도 13에 나타내었다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포(X-EPC)는 기존 배양방법으로 획득한 세포그룹(E-EPC, L-EPC, HUVEC)과 비교하여 조혈 계열 마커(CD11b, CD14, CD45)의 발현은 거의 확인 할 수 없었으며, 미분화 마커 및 혈관내피세포 계열의 마커 발현은 높게 유지하는 결과를 확인하였다(제대혈 donor별 3개의 lot 확보. 대표마커인 CD34, CXCR4, VE-카데린의 발현은 지속적인 계대배양 후에도 L-EPC 대비 높게 유지됨을 확인함). 이를 통해 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 획득한 세포(X-EPC)가 기존 배양방법으로 배양된 세포보다 높은 미분화 특성을 가지는 혈관줄기세포임을 확인하였다.
실시예 14. 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관 줄기세포의 증식능, 세포주기 변화 및 콜로니 형성능 분석
상기 실시예 11의 방법에 따라 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포를 단일 세포로 분리하여 실시예 6과 같은 방법으로 증식능, 세포주기 변화 및 콜로니 형성능을 분석하였다. 본 실시 예의 대조군은 기존 배양방법으로 배양한 세포(L-EPC)와, 무이종 배지에 각 단일성분을 포함한 배지로 배양한 세포[후코이단 처리군(Fu, 0.1μg/ml), 타우로우루소데옥시콜산 처리군(TD, 25μM), 올리유로핀 처리군(OLP, 0.5μM) 및 혈관내피성장인자 처리군(VEGF, 100ng/ml)]을 이용하였다. 콜로니 형성능을 분석한 결과는 도 14a 및 도 14b에 나타내었다.
도 14a 및 도 14b에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포는 콜로니 형성능이 우수하고, 분열시간이 짧은 것을 확인하였다. 그러나 단일 성분을 처리한 대조군은 EPC 콜로니가 형성되지 않았다. 다만, 혈관내피성장인자 처리 세포는 EPC 콜로니가 확인되었으나, VE-카데린의 발현이 낮았으며, 세포의 분열 시간 또한 길어져 세포의 증식능이 감소한 것을 확인하였다.
실시예 15. 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관 줄기세포의 줄기세포 분화 관련 유전자 발현 분석
상기 실시예 11의 방법에 따라 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포의 줄기세포 분화 관련 유전자의 발현을 실시예 7의 방법으로 분석하였다. RNA 시퀀싱 결과를 토대로 유전자 온톨로지, 카테고리 및 발현패턴을 분석하였다. 줄기세포 분화 관련 유전자 발현을 분석한 결과는 도 15 내지 17에 나타내었다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포(X-EPC)는 기존 배양방법으로 획득한 L-EPC와 유전학적 차이가 있으며, 각 세포 그룹별 상관관계를 PCA 분석한 결과 높은 유사성을 보이는 HUVEC/L-EPC와는 달리 X-EPC의 경우 각 세포 그룹과의 유사성이 낮은 것을 확인하였다.
도 16에 나타낸 바와 같이, X-EPC에서 L-EPC에 비해 2배 이상 발현차이를 보이는 유전자들을 대상으로 유전자 온톨로지 및 카테고리를 분석한 결과, 내피세포활성(endothelial cell activation), 혈관신생(angiogenesis), 내피세포 이동(endothelial cell migration)등에 관련된 유전자의 발현 변화 정도가 큰 것을 확인 하였다.
도 17a 및 도 17b에 나타낸 바와 같이, X-EPC는 일부 미분화 줄기세포 관련 유전자(CD34, KIT, HEY1, PODXL등)의 발현이 유의적으로 증가한 것을 확인하였다.
실시예 16. 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관 줄기세포의 혈관형성능 확인
상기 실시예 11의 방법에 따라 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포의 혈관형성능을 실시예 10의 방법으로 확인하였다. 추가로, 3D 비즈 발아 분석은 배양용 비즈와 각 세포를 4시간 동안 배양하여, 비즈를 세포로 코팅하였다. 세포로 코팅된 배양 피브리노겐/트롬빈 겔에 100 내지 200개의 세포 코팅 비즈를 시딩하여 37℃에서 배양하였다. 배양 중 비즈의 혈관신생 발아 정도를 관찰하였다. 2D 및 3D 혈관형성능 분석 결과는 도 18에 나타내었다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포(X-EPC)는 L-EPC 및 HUVEC보다 혈관형성능이 향상되었으며, 보다 오래 지속되는 것을 확인하였다.
실시예 17. 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관 줄기세포의 주변분비 혈관형성 효과 확인
상기 실시예 11의 방법에 따라 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포의 주변 분비에 의한 혈관형성 효과를 분석하였다. 구체적으로, 트리졸을 이용하여 실시예 11의 세포로부터 전체 RNA를 추출하였고, 이를 기반으로 cDNA를 합성하였다. 또한, 합성된 cDNA를 주형으로 하는 qPCR을 수행하여 주요 혈관형성자극인자(VEGF-A, IL-8, b-FGF, Ang2)의 mRNA 발현을 분석하였다. 상기 PCR에 사용한 프라이머는 표 1과 같으며, qPCR 결과는 도 19에 나타내었다.
Forward(5'-3') Reverse(5'-3')
VEGF-A GCTCGGTGCTGGAATTTGAT (서열번호 1) GCCCGATTCAAGTGGGGAAT (서열번호 2)
IL-8 CACCGGAAGGAACCATCTCACT (서열번호 3) TCAGCCCTCTTCAAAAACTTCTCC (서열번호 4)
b-FGF GGAGAAGAGCGACCCTCACATCAAG(서열번호 5) CCAGTTCGTTTCAGTGCCACATACCAA (서열번호 6)
Ang2 GGGAAGGGAATGAGGCTTAC (서열번호 7) AAGTTGGAAGGACCACATGC (서열번호 8)
b-actin AGCGAGCATCCCCCAAAGTT (서열번호 9) GGGCACGAAGGCTCATCATT (서열번호 10)
도 19에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포(X-EPC)는 혈관형성을 자극하는 주요 성장인자 및 사이토카인의 발현이 대조군(L-EPC, E-EPC, HUVEC)에 비해 유의적으로 높은 것을 확인하였다.
실시예 18. 하지허혈 동물모델에서 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 혈관줄기세포의 혈관 재생 효과 확인
상기 실시예 11의 방법에 따라 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포를 실시예 4와 동일한 방법으로 혈관 재생 효과를 확인하였으며, 그 결과를 도 20 및 21에 나타내었다.
도 20 및 21에 나타낸 바와 같이, 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포(X-EPC)가 이식된 하지허혈 동물모델은 체내 혈관 재생이 대조군에 비해 유의적으로 증진되는 것을 확인하였다. 또한, 혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 배양된 세포(X-EPC)가 이식된 하지허혈 동물모델은 봉합된 동맥 혈관 주위로 이식해준 GFP+ 세포가 다수 관찰되었고, 기존의 혈관에 들어가는 현상을 확인하였다. L-EPC가 이식된 하지허혈 동물모델은 이식 7일 후 세포의 잔해만 관찰되는데 반해, X-EPC가 이식된 하지허혈 동물모델은 이식 21일 차까지 생존 세포의 GFP 신호가 검출되었다. 상기 GFP 신호의 검출은 세포의 생착 및 생존율이 향상되었음을 의미한다. 또한, X-EPC가 이식된 하지허혈 동물모델은 CD31(red; mouse vessel) 양성 혈관도 L-EPC 이식 그룹 대비 더 많은 것을 확인하였다. 상기 결과는 X-EPC가 체내에서(in vivo) 혈관 재생 효과가 우수하다는 것을 의미한다.
종합적으로 본 발명자들은 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 포함하는 혼합물 4F를 혈관내피 전구 세포에 처리하면, 혈관내피 전구 세포가 미분화 특성(stemness)을 획득할 뿐만 아니라 혈관신생, 세포증식능 및 이동능을 향상시키는 효과가 있어, 혈관내피 전구 세포를 체내에 이식한 후 세포 생존 및 생착률을 향상시키고 혈관 및 조직 재생 능을 보다 높일 수 있는바, 줄기세포 분화, 허혈성 질환 예방 또는 치료 분야에서 다양하게 활용할 수 있다.
이하, 제제예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 제제 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 제제 예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는다.
제제예 1. 약학적 조성물의 제조
1-1. 산제의 제조
혼합물 4F 20mg
유당 100mg
탈크 10mg
상기의 성분들을 혼합하고 기밀포에 충전하여 산제를 제조한다.
1-2. 정제의 제조
혼합물 4F 10mg
옥수수전분 100mg
유당 100mg
스테아린산 마그네슘 2mg
상기의 성분들을 혼합한 후 통상의 정제의 제조방법에 따라서 타정하여 정제를 제조한다.
1-3. 캡슐제의 제조
혼합물 4F 10mg
결정성 셀룰로오스 3mg
락토오스 14.8mg
마그네슘 스테아레이트 0.2mg
통상의 캡슐제 제조방법에 따라 상기의 성분을 혼합하고 젤라틴 캡슐에 충전하여 캡슐제를 제조한다.
1-4. 주사제의 제조
혼합물 4F 10mg
만니톨 180mg
주사용 멸균 증류수 2974mg
Na2HPO42H2O 26mg
통상의 주사제의 제조방법에 따라 1 앰플당(2ml) 상기의 성분 함량으로 제조한다.
1-5. 액제의 제조
혼합물 4F 20mg
이성화당 10g
만니톨 5g
정제수 적량
통상의 액제의 제조방법에 따라 정제수에 각각의 성분을 가하여 용해시키고 레몬향을 적량 가한 다음 상기의 성분을 혼합한 다음 정제수를 가하여 전체를 정제수를 가하여 전체 100ml로 조절한 후 갈색병에 충진하여 멸균시켜 액제를 제조한다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.
본 발명에 따르면, 혼합물 4F가 처리된 줄기세포는 미분화 특성(stemness)을 획득할 뿐만 아니라 세포증식능 및 이동능이 향상되는 효과가 있으며, 이에 따라 상기 줄기세포를 허혈성 질환의 치료제로 체내에 이식함으로써 세포 생존 및 생착, 혈관 및 조직 재생능을 향상시킬 수 있으며,
혼합물 4F를 이용한 무이종 배양방법으로 줄기세포를 배양할 수 있으며 해당 무이종 배양방법으로 배양된 줄기세포는 기존 배양방법으로 배양된 세포보다 높은 미분화 특성, 콜로니 형성능 및 증식능을 획득하며 혈관형성을 자극하는 주요 성장인자 및 사이토카인의 발현이 높고 생체 내에서의 세포 생존 및 생착, 혈관 및 조직재생능을 향상시킬 수 있는 줄기세포이며,
따라서 본 발명에 따른 혼합물 4F 및 상기 줄기세포는 허혈성 질환의 치료제 개발을 위한 기초연구 및 임상 분야에서 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는, 줄기세포의 노화 억제, 증식 촉진 또는 분화 유도용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후코이단은 1 내지 300nM의 농도인, 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타우로우루소데옥시콜산은 2.5 내지 250μM의 농도인, 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 올리유로핀은 0.05 내지 5μM의 농도인, 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혈관내피성장인자는 0.1 내지 10nM의 농도인, 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 줄기세포는 혈관내피 전구세포(Endothelial Progenitor Cell), 중간엽 줄기 세포(Mesenchymal Stem Cell), 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell), 근모세포 (Myoblast) 및 심장줄기세포(Cardiac Stem Cell)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분화는 혈관신생인, 조성물.
  8. 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는, 허혈성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  9. 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는, 줄기세포 배양용 배지 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배지 조성물은 무이종(xeno-free) 배지인, 배지 조성물.
  11. 제9항에 따른 배지 조성물을 줄기세포에 처리하는 단계;를 포함하는, 무이종 배양방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 줄기세포는 상기 줄기세포는 혈관내피 전구세포(Endothelial Progenitor Cell), 중간엽 줄기세포(Mesenchymal Stem Cell), 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell), 근모세포(Myoblast) 및 심장줄기세포(Cardiac Stem Cell)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 무이종 배양방법.
  13. 후코이단, 타우로우루소데옥시콜산, 올리유로핀 및 혈관내피성장인자를 유효성분으로 포함하는, 줄기세포 치료 보조제.
  14. 제11항에 따른 배양방법으로 배양된, 줄기세포.
  15. 제14항에 따른 줄기세포를 포함하는, 허혈성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  16. 제14항에 따른 줄기세포를 개체에 처리하는 단계를 포함하는, 허혈성 질환 예방 또는 치료방법.
  17. 제8항에 따른 약학적 조성물을 개체에 처리하는 단계를 포함하는, 허혈성 질환 예방 또는 치료방법.
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