줄기세포정보 및 정책

줄기세포 R&D 동향

[국내연구자 연구] 국내연구동향 2021년 9월

한국줄기세포학회

view : 2051

Perichondrium-inspired permeable nanofibrous tube well promoting differentiation of hiPSC-derived pellet toward hyaline-like cartilage pellet
Biofabrication. 2021 Aug
교신저자: Ji Hyeon Ju (Catholic University), Dong Sung Kim (POSTECH, Yonsei University)
pellet 형성은 시험관 내 연골 분화를 위한 golden standard으로 간주되어왔음. 그러나, conical tube와 같은 전통적인 불투과성 튜브의 사용으로 인해 pellet 주변의 공간적으로 불균일한 연골 생성 microenvironment는 결함이 있는 관절 연골 치료에서 분화된 연골 pellet의 분화 성능 및 치료 가능성을 약화시킴. 이러한 단점을 해결하기 위해 기체와 용해성 분자가 투과할 수 있는 나노섬유 벽을 가진 연골막에서 영감을 받은 투과성 나노섬유 튜브(PINaT) well이 제안되었음. PINaT well은 평평하고 얇은 나노섬유 멤브레인이 ~50 µm 두께의 나노섬유 벽을 가지고 3.5 mm 깊이의 튜브 well로 변형되는 마이크로 딥 드로잉 공정으로 제작되었음. 생체 내 연골막과 유사하게, PINaT well은 전체 나노섬유 벽에 걸친 연골 분화에 필요한 산소 및 성장 인자 확산을 허용하는 것으로 밝혀졌음. 분화 연골 pellet의 분화 성능 및 임상 효능을 평가하기 위해 유전자 발현(COL2A1, COL10A1, ACAN, SOX9), 단백질(type II 및 X collagen), glycosaminoglycans 함량 분석을 수행하였음. PINaT well에서 인간 유도 만능 줄기 세포(hiPSC) 유래 pellet 주변의 공간적으로 균일한 연골 생성 microenvironment는 분화된 pellet의 품질을 hyaline 유사 연골 pellet 쪽으로 현저하게 개선되었음. 또한, PINaT well에 의해 생성된 pellet의 연골 분화 촉진 과정이 14일 동안 달성되어 20일 동안 분화된 대조군 pellet과 유사한 hyaline 연골 특이적 마커를 입증했음. 마지막으로, 골연골 결손 쥐 모델을 사용하여 hyaline 연골 pellet의 향상된 임상 효능을 확인했으며, 8주간의 재생 후 섬유성 연골이 아닌 hyaline 연골과 유사한 복구된 조직으로 확인되었음.
Magnetic Control and Real-Time Monitoring of Stem Cell Differentiation by the Ligand Nanoassembly
Small. 2021 Sep
교신저자: Ki-Bum Lee (Rutgers University), Young Keun Kim, Heemin Kang (Korea University)
Native extracellular matrix (ECM)은 리간드 위치의 동적 변화를 나타냄. 여기에서, ECM-emulating control 및 줄기 세포 분화의 실시간 모니터링은 ligand nanoassembly 에 의해 입증됨. 물질에 유연하게 접목된 Fe3O4(magnetite) 나노입자에 세포 접착성 Arg-Gly-Asp(RGD) 리간드를 제공하는 gold nanoassembly 의 밀도는 macroscale ligand 밀도를 불변으로 유지하면서 변경됨. Fe3O4의 리간드 ligand nanoassembly 는 linker stretching 및 압축을 통해 각각 상승 및 하강 리간드 이동을 매개하기 위해 자기적으로 끌릴 수 있음. 높은 ligand nanoassembly 밀도는 integrin ligation 을 자극하여 mechanosensing-assisted stem cell differentiation 를 활성화하며, 이는 현장 실시간 전기화학 감지를 통해 모니터링됨. 상승 및 하강 리간드 이동의 자기 제어는 각각 adhesion-mediated mechanotransduction 및 줄기 세포의 분화를 방해하고 촉진함. 세포 적합성 ligand nanoassembly 의 디자인은 재생 요법을 발전시키기 위한 새로운 방법론을 제공하기 위해 줄기 세포를 원격으로 조절하기 위한 치수, 모양 및 생체모방 리간드의 조합으로 만들 수 있음.
Endogenous Stem Cell-Based In Situ Tissue Regeneration Using Electrostatically Interactive Hydrogel with a Newly Discovered Substance P Analog and VEGF-Mimicking Peptide
Small. 2021 Sep
교신저자: Sangdun Choi, Moon Suk Kim (Ajou University)
Endogenous stem cell 기반 in situ tissue regeneration 을 촉진하기 위한 chemoattractants의 사용은 최근 많은 주목을 받았음. 이 연구는 분자 역학 시뮬레이션을 통해 새로 발견된 substance P(SP) analog(SP1)를 효율적인 chemoattractants로 사용하여 endogenous stem cell 이동을 평가한 최초의 연구임. 또한, SP1 손실 없이 SP1 loaded injectable C/H 제형을 제조하기 위해 cationic chitosan(Ch) 및 anionic hyaluronic acid(HA)을 사용하는 정전기 상호작용에 기초한 새로운 전략이 개발되었음. 제형은 생체내 주사를 통해 제자리에서 SP1-loaded C/H hydrogel을 신속하게 형성함. 새로 발견된 SP1은 기존 SP보다 약 2~3배 높은 human mesenchymal stromal cells (hMSC) migration 유도 능력을 갖고 있는 것으로 밝혀졌음. 설계된 VEGF-mimicking peptide (VP)는 hydrogel(C/H-VP)과 화학적으로 반응하여 VP의 방출을 유지하여 C/H-VP hydrogel 쪽으로 이동하는 hMSC의 vasculogenic differentiation를 유도함. 유사하게, 동물 실험에서 SP1은 많은 수의 hMSC를 C/H-VP hydrogel 쪽으로 끌어당긴 후 VP가 vasculogenic differentiation를 유도함. 종합적으로, 이러한 발견은 SP1-loaded C/H-VP hydrogel이 endogenous stem cell 기반 in situ tissue regeneration 을 촉진하는 유망한 전략임을 시사함.
Matrilin3/TGFβ3 gelatin microparticles promote chondrogenesis, prevent hypertrophy, and induce paracrine release in MSC spheroid for disc regeneration
NPJ Regen Med. 2021 Sep
교신저자: Soohong Lee (Dongguk University)
Degenerative disc disease (DDD)은 전 세계적으로 성인의 극심한 요통 및 장애의 주요 원인임. DDD에 대한 현재 치료법 중 disc 및 non-disc 유래 연골 세포 주사와 같은 세포 기반 요법은 환자의 상태가 상당히 개선되는 것을 보여주었음. 그러나, 건강한 연골 세포의 공급을 보장할 뿐만 아니라 손상 부위의 결함 세포의 재생을 촉진하기 위해서는 이러한 치료법의 추가적인 개발이 필요함. growth factor beta 3 및 matrilin 3을 변형시키는 gelatin microparticles의 통합이 세포의 비대 및 말단 분화를 방지하면서 adipose-derived mesenchymal stem cell spheroids의 연골 분화를 촉진했다고 보고함. 또한, 이러한 composite spheroids는 연골 형성 사이토카인의 방출을 유도하여 in vitro에서 퇴행성 연골 세포의 재생을 촉진했음. 마지막으로, intervertebral disc disease 쥐 모델에 이러한 composite spheroids를 주사하면 세포의 연골 형성 특성이 회복되어 생체 내에서 연골 조직이 재생될 수 있음을 말함.
Vitamin A-coupled stem cell-derived extracellular vesicles regulate the fibrotic cascade by targeting activated hepatic stellate cells in vivo
J Control Release. 2021 Aug
교신저자: Jae Hyung Park (Sungkyunkwan University)
Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles (EV)의 Allogeneic transplantation은 liver fibrosis 치료에 큰 잠재력을 가지고 있음. 그러나, bare EV는 고유한 표면 특성으로 인해 전신 투여 후, 간 조직에 비특이적으로 분포되어 치료 효능이 제한적임. liver fibrosis를 담당하는 활성화된 hepatic stellate cells (HSC)를 표적으로 하기 위해 비타민 A 유도체를 노출된 EV의 막에 통합하여 비타민 A coupled small EVs EV(V-EV)를 제조했음. Bare EV와 V-EV 사이의 입자 크기와 형태에서는 큰 차이가 발견되지 않았음. 또한, EV의 surface engineering은 flow cytometry 분석에 의해 입증된 바와 같이 표면 마커 단백질(CD63 및 CD9)의 발현에 영향을 미치지 않았음. 비타민 A의 표면 통합으로 인해 V-EV는 receptor-mediated endocytosis을 통해 활성화된 HSC에 의해 선택적으로 흡수되었음. liver fibrosis가 있는 마우스에 전신적으로 투여했을 때, V-EV는 간 조직에서 활성화된 HSC를 효과적으로 표적화하여 fibrotic cascade의 역전을 초래했음. 결과적으로, V-EV는 10배 더 낮은 용량에서도 bare EV와 유사한 anti-fibrotic effects를 나타내어 liver fibrosis에 대한 치료 가능성을 입증했음을 말함.
Endothelin-1 enhances the regenerative capability of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells in a sciatic nerve injury mouse model
Biomaterials. 2021 Aug
교신저자: Hyo-Soo Kim (Seoul National University)
이 연구팀은 human mesenchymal stem cell (hMSC) organotypic spinal cord slice 배양물에 EDN1을 처리하여 endothelin-1 (EDN1)의 적용을 확장했음. EDN1 처리된 hMSC는 신경 세포 성장을 유의하게 향상시켰음. 이 효과의 기본 메커니즘은 whole-genome methylation를 통해 평가되었음. EDN1은 whole-genome demethylation 및 euchromatin을 증가시켰음. EDN1의 demethylation downstream을 관찰하기 위해 deaminases와 glycosylases를 스크리닝했으며, APOBEC1은 전체적인 demethylation 및 OCT4 유전자 활성화를 일으키는 것으로 밝혀졌음. methyl-CpG-binding domain의 서열은 EDN1과 APOBEC1에 의한 demethylation 사이에 유사한 패턴을 보였음. chromatin subfamily A member 4(SMARC A4) 및 SMARC subfamily D, member 2(SMARC D2)의 SWI/SNF 관련, matrix 관련, actin-dependent regulator는 이에 대한 응답으로 modulator로서 methyl-CpG 결합 domain sequencing을 통해 스크리닝되었음. EDN1에. APOBEC1 promoter에 대한 H3K9me3, H3K27me3 및 H3K4me4 결합 서열의 chromatin immunoprecipitation을 siSMARC A4 또는 siSMARC D2의 유무에 관계없이 처리한 후 분석했음. 결과는 SMARC A4 및 SMARC D2가 EDN1 처리 후 APOBEC1 promoter 영역에서 H3K9me3에서 H3K4me3으로의 전이를 유도함을 보여주었음. EDN1 경로와 hBM-MSC에서 치료 효능 간의 상관관계는 sciatic nerve injury mouse model에서 발혀지게 되었음. 따라서, EDN1은 hMSC 재생능력 향상에 유용한 새로운 개념의 생리활성 펩타이드이자 생체재료 성분이 될 수 있음을 시사함.

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