1. 2018년 12월
Conditioned media from human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells stimulate rejuvenation function in human skin

Biochemistry and Biophysics Reports 2018, 16:96-102

교신저자 : 서울대 강경선 교수, 강스템 서광원 박사

피부 노화를 억제하는 치료법을 개발하는 것은 중요한 연구 프로젝트이다. 피부 노화 방지에 초점을 맞춘 Rejuvenation이 대표적이다. 최근 연구에서는 mesenchymal stem cells가 상처 치료에 중요한 많은 cytokine을 분비한다는 것이 규명되었다. 본 연구에서는 human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells(USC-CM)가 피부 상처 치유와 콜라겐 합성에 미치는 영향을 조사했다. 우리는 USC-CM이 피부 재생과 관련된 많은 유용한 성장인자들을 발현한다는 것을 규명하였다. 예를 들면, Epithelial Growth Factor (EGF), basic Fibroblast Growth Factor (bFGF), Platelet Derived Growth Factor (PDGF), Hepatocyte Growth Factor (HGF), Collagen type 1, 그리고 특히 rejuvenation factors 중 하나인 growth differentiation factor-11 (GDF-11)가 그것이다. 본 연구에서는 USC-CM이 기원이 다른 MSC conditional media와 비교하여 인간 피부 Fibroblasts (HDF)의 성장과 extracellular matrix (ECM) 생성을 촉진한다는 것을 보여주었다. 또한 우리는 GDF-11의 역할을 평가하였다. 그 결과 GDF-11은 HDF의 성장, 이동 및 ECM 생성을 가속화하는 것으로 나타났다. In vivo 연구를 통해 USC-CM이 여성에서 주름방지 효과 및 피부 밀도 증가를 관찰할 수 있었다. 결과적으로 USC-CM은 HDF의 성장 및 EMC 생성 촉진에 의해 피부 rejuvenation을 촉진할 수 있는 GDF-11등의 다양한 유용 성장인자를 발현한다.

2. 2019년 1월
Neural induction of porcine‐induced pluripotent stem cells and further differentiation using glioblastoma‐cultured medium

Journal of Celluar and Molecule Medicine 2019, 3:2052-2063

교신저자 : 전북대 현상환 교수

이식에 앞서 neural progenitor cells (NPC)의 안전성과 효능에 대한 사전 임상 연구가 필요하다. 따라서 돼지와 같은 대형 동물 모델에서 신경세포 분화를 위한 효율적인 in vitro platform을 만드는 것이 중요하다. 본 연구에서, porcine-induced pluripotent stem cells (iPSC)는 dual SMAD inhibitors, TGF‐β inhibitor 및 BMP4 inhibitor가 함유된 neural induction medium에 high cell density로 seeding하였다. dSMADi-derived NPC는 PLAG1, NESTIN, VIMENTIN과 같은 NPC 마커를 나타냈고, control과 비교하여 Sox1의 mRNA expression이 더 높음을 확인하였다. HOXB4의 mRNA expression은 retinoic acid-treated group에서 현저하게 증가한 것으로 밝혀졌다. NPC는 뉴런과 glial cell에서 더 많은 분화를 할 수 있는 신경세포를 생성하였다. injury-related cytokines를 처리한 porcine iPSC‐NPC를 포함한 Gliobalstoma‐cultured medium는 in vitro 에서도 잘 살아남아 standard control medium에 비해 neuronal marker expression이 더 높게 나왔다. 결과적으로, 본 연구는 NPC에 대한 porcine iPSC의 neural commitment생성을 위한 효율적인 방법을 규명하였다.

3. 2019년 1월
Human pluripotent stem cell-derived alveolar epithelial cells are alternatives for in vitro pulmotoxicity assessment

Scientific Reports volume 2019, 9:505

교신저자 : 강원대 홍석호 교수, 홍윤기 교수

Human pluripotent stem cell (hPSC)에서 유래된 alveolar epithelial cells (AEC)는 폐의 발달과 폐질환 치료를 이해할 수 있는 새로운 기회를 제공한다. 그러나, hPSC-AEC를 이용한 독성 평가는 실시되지 않았다. 본 연구에서는 hPSCs로부터 functional AECs를 생성하였고 human bronchial epithelial cell line (BEAS-2B)과 primary AECs에 비해 카드뮴(Cd) 노출(1, 5, 10μM)에 대한 염증반응과 사멸반응을 24시간 동안 평가했다. 실험데이터에 따르면 Cd(10μM) treatment는 BEAS-2B 세포에서 상당한 염증반응과 사멸을 유발했지만 hPSC-AEC와 primary AEC에서는 그렇지 않았다. 흥미롭게도, conditioned medium from AEC cultures는 BEAS-2B 세포에서 Cd 노출에 대한 사멸 및 염증 반응을 상당히 완화시켰다. cytokine array를 이용하여, hPSC-AECs와 primary AECs에서 분비되는 몇 가지 potential factors이 검출되었으며, Cd에 의한 세포독성을 감소시키는 데 관여할 수 있다. 우리는 Cd에 의한 세포독성 protection에 기여하는 hPSC-AECs and primary AECs에서 더 높은 surfactant proteins B and C expression을 확인하였다. 이러한 결과는 hPSC-AECs가 phenotypically and functionally하게 primary AECs와 유사하며, 흡연과 미세먼지에 포함된 확인된 또는 잠재적 폐독성 물질의 병리학적 기여도를 평가하는데 생물학적으로 더 관련성이 있는 대안이 될 수 있음을 시사했다.

4. 2019년 1월
Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells cultured at high density express IFN-β and TRAIL and suppress the growth of H460 human lung cancer cells

Cancer letter 2019 202:210

교신저자 : 연세대 엄영우 교수, 배금석 교수

mesenchymal stem cells (MSCs)이 종양 성장을 억제한다고 보고되었지만, 이 종양 억제 기능을 control 하는 메커니즘은 명확하지 않다. 우리는 고밀도로(4만개의 세포/cm2) 배양된 adipose tissue-derived MSCs (40K-ASCs)가 인터페론(IFN)-β와 종양 tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)를 발현했다고 규명하고, cell culture 과정에서 serum deprivation이 IFN-β와 TRAIL의 발현을 유도한 것을 규명하였다. 또한 IFN-β의 mRNA 발현은 정상밀도(5000 세포/cm2) 배양된 ASCs(5K-ASCs)의 transplantation에 필요한 washing 단계에서 증가되었다. 인간 폐암 cell line H460을 40K-ASC로 co-cultured했을때, necrotic cell death가 in vitro에서 현저하게 증가했다. 4번의 washing 후에 ASC를 주입했을 때, 5K-ASC와 40K-ASC는 모두 H460에서 유래한 암 동물 모델에서 종양의 무게를 상당히 감소시켰다. 이러한 결과는 40K-ASC의 배양이나 5K-ASC의 washing 단계 중 혈청 결핍이 IFN-β 및/또는 TRAIL 발현을 유도하여 ASC의 종양 억제 능력을 유도할 수 있음을 시사한다.

5. 2019년 1월
Cerebrospinal fluid from Alzheimer's disease patients as an optimal formulation for therapeutic application of mesenchymal stem cells in Alzheimer's disease

Scientific Reports 2019 9: 564.

교신저자 : 성균관대 나덕 교수, 장종욱 교수

Mesenchymal stem cells (MSC)이 알츠하이머병(AD) 치료의 유망 선택지 중 하나로 떠올랐다. 많은 연구는 AD에서의 MSC의 유효성에 대해 조사했지만, AD 환경에 대한 exposure 후에 MSC가 실제로 어떻게 변화하는지 광범위하게 연구하지 않았다. 본 연구에서는 MSC의 formulation에 사용될 AD patient-cerebrospinal fluid (CSF) 샘플의 가능성과 AD 치료법의 적용에 대해 조사했다. Wharton's jelly-derived mesenchymal stem cells(WJ-MSCs)를 AD 환자의 CSF에 보관했을 때 WJ-MSCs의 줄기세포는 보존되는 것을 알 수 있었다. 또한, AD CSF에 보관된 후에 몇몇 유전자들이 upregulate되는 것을 확인하였다. 이것은 AD 치료를 위한 CSF formulation의 치료 가능성을 의미했다. 전체적으로 이러한 발견은 AD 환자의 CSF가 MSC formulation을 위한 최적의 공급원이 될 수 있음을 시사한다.

6. 2019년 2월
Effects of a hypomagnetic field on DNA methylation during the differentiation of embryonic stem cells

Scientific Reports 2019 9: 1333.

교신저자 : 동국대 김종필 교수

Hypomagnetic field (HMF)가 포유류의 생리 기능에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 우리는 이전에 HMF가 reprogramming into pluripotency 동안 cell fate 변화에 좋지 않다고 보고했다. 우리는 HMF가 직접 분화 시 cell fate결정에 영향을 미치는지 조사하였다. 우리는 HMF 환경이 분화능을 약화시키고 in vitro에서 배아 줄기세포의 분화 동안 세포의 운명의 변화에 해롭다는 것을 규명했다. 또한 HMF conditions은 dysregulation of DNA methyltransferase3b (Dnmt3b) expression 통해 비정상적인 DNA메틸화를 일으켜 결국 분화 과정에서 불완전한 DNA메틸화를 초래한다. 이러한 결과를 종합하면 분화를 통한 cell fate결정 중 적절한 electromagnetic field (EMF) 환경이 후생유전 리모델링에 필수적일 수 있음을 알 수 있다.

7. 2019년 2월
Chemical induced conversion of mouse fibroblasts and human adipose-derived stem cells into skeletal muscle-like cells

Biomaterials 2019 30:46

교신저자 : 성균관대 김경규 교수

재생 의학에서 줄기 세포를 사용하면 다양한 질병으로 고생하는 사람들을 치료하는 데 큰 도움이 됩니다. 체세포를 다른 계통으로 직접 conversion하여 intermediate pluripotent state 를 우회하는 것은 안전 문제와 더불어 conversion 시간에 관해서도 엄청난 applicability을 갖는다. 다양한 방법 중에서 화학 유도 세포 conversion은 안전하고 효과적이다. 따라서 적용이 용이하고, 효율적인 scalability 일관된 재현성이 있어 최근 몇 년간 재생 분야에서 소분자의 사용이 크게 증가하고 있다. 우리는 생쥐 섬유 아세포를 ectopic transcription factor expression과 상관없이 skeletal muscle-like cells (SMCL)로 conversion할 수 있는 작은 분자의 조합에 대해 연구하고 있다. 우리는 마우스 섬유유전자를 골격근과 기능적으로 유사한 SMLC로 conversion하기위해서는 화학물질의 조합이 필요하고 충분하다고 보았다. 또한, 우리는 몇몇 주요 신호 경로의 조절을 담당하는 cytokine 이 pleotropic type cells로 conversion된 SMLC의 성숙도를 향상시킨다는 것을 발견했다. 후생유전학 분석 결과, 이러한 conversion은 후생유전학적인 정밀검사에 의해 이루어지며, 골격 별 특정 부위의 활성화를 담당하는 주요 신호 경로의 활성화가 뒤따른다. 우리는 또한 인간의 지방세포에서 파생된 줄기세포가 섬유종과 유사한 조건에서 SMLC로 conversion될 수 있다는 것을 관찰했다. 이 연구는 화학적 유도 직접 conversion의 예를 제공하며 pleotropic type cells에서 mesodermal lineages을 유도하는데 필요한 주요 신호 경로를 보여주고 있다.

8. 2019년 2월
Studies on the effects of microencapsulated human mesenchymal stem cells in RGD-modified alginate on cardiomyocytes under oxidative stress conditions using in vitro biomimetic co-culture system

International Journal of Biological Macromolecules, 2019 512:520

교신저자 : GIST 이재영 교수

줄기세포 치료는 myocardial infarction (MI)후에 심근 재생을 위한 유망한 접근법으로 알려져 왔지만, 이식된 세포의 생존이 부진하고 host cells와의 상호 작용에 대한 명확한 이해가 부족하기 때문에 여전히 과제로 남아 있는 경우가 많다. MI 후 심장 조직에서 높은 산화성 스트레스는 transplanted cells and native cells/tissues를 손상시키는 중요한 요인 중 하나로 볼 수 있다. 여기서, 우리는 높은 산화 스트레스를 나타내는 myocardium으로 줄기세포의 이식 사례를 모방할 수 있는 in vitro co-culture 시스템을 활용했는데, 이때 alginate나 cell interactive Arg-Gly-Asp (RGD) peptide기반의 alginate micro-hydrogels에 캡슐화된 human mesenchymal stem cells(hMSC)를 이용하여 진행하였다. H2O2 induced 산화 스트레스 조건 하에서 HMSC와 CM의 viabilities는 각각의 monolayer cultures보다 co-culture에서 상당히 높았다. 심근 마커의 발현은 심근세포(CM)가 RGD-algine에서 HMSC와 co-culture되었을 때 H2O2 treatment에서도 높게 유지되었다. CM이나 HMSCs의 monolayer cultures에비해, co-culture (RGD-alginate에 주목함)에서는 다양한 성장 인자(혈관신생, 심장 재생, 수축성)가 높은 수준으로 발견되었다. 이러한 결과는 이식된 줄기세포를 이용한 in vivo에서 MI progression 연구 및 각종 산화 스트레스 관련 질병에 대한 효과적인 줄기세포 기반 치료 전략의 개발에 도움이 될 수 있다.

9. 2019년 2월
A Rho-Associated Coiled-Coil Containing Kinase Inhibitor, Y-27632, Improves Viability of Dissociated Single Cells, Efficiency of Colony Formation, and Cryopreservation in Porcine Pluripotent Stem Cells

Cellular Reprogramming 2019 37:50

교신저자 : 경상대 이준히 교수

diametrical derivations에서 파생된 porcine epiblast stem cells (pEpiSCs)와 induced pluripotent stem cells (piPSCs)의 확립은 biomedical 모델 개발에서 매우 중요하다. 그러나 pEpiSC와 piPSC는 냉동보존 후 자연분화, 사멸 등 문제가 되는 성질을 보이며 mouse embryonic stem cells보다 기술적으로 훨씬 배양하기 어려웠다. 따라서, 우리는 Rho-associated coiled-coil containing kinase inhibitor인 Y-27632가 cryopreservation protocols에서 undesirable differentiation and apoptosis로부터 pEpiSC와 piPSC를 분리할 수 있다는 것을 규명했다. pEpiSC 2, 8 lines, Sendai virus-induced pluripotent stem cells (Sev-iPSCs), and lentivirus-induced pluripotent stem cells 를 10μM Y-27632로 배양한 뒤 각종 효소를 이용해 colony에서 회수된 dissociated cells을 채취했다. Dissociated single cells은 freezing mediums (open pulled straw vitrification, STEM-CELBANKER®, 10% dimethylsulfoxide in serum)로 옮겨져 cryopreservation를 했다. Y-27632가 처리된 상태에서, 냉동/해동 후dissociated porcine stem cells의 생존율과 colony형성률을 확인하였다. 냉동 보존 후 Y-27632로 treatment된 줄기세포에서 pluripotency와 in vitro differentiation 특성도 검사되었다. 그 결과, SCB cryopreservation protocol을 이용해 10μM Y-27632로 처리된dissociated pEpiSC(2, 8행)와 Sev-iPSCs의 colony 형성 가능성과 효율성은 Y-27632(p <0.05)를 처리하지 않은 것과 비교했을 때 현저하게 증가하였다. Pluripotency genes (OCT-3/4, NANOG, SOX2)는 Y-27632가 처리된 porcine pluripotent stem cells에서 positively하게 발현됐다. 또한, 이 줄기세포의 in vitro differentiation은 10μM Y-27632가 포함된 상태에서 성공적으로 유도되었다. 이러한 결과는 single-cell dissociation을 위한 Y-27632와 SCB 냉동보존 프로토콜의 treatment가 porcine pluripotent stem cells의 사용을 용이하게 하고 이러한 줄기세포의 광범위한 사용을 제공할 수 있다는 것을 보여주었다.