줄기세포정보 및 정책

줄기세포 R&D 동향

[국내연구자 연구] 국내연구동향 2022년 12월

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논문제목: Three-dimensional heart extracellular matrix enhances chemically induced direct cardiac reprogramming

저자 저널 이름(발간월일): Jin et al., Science Advances (2022.12.14)

DOI: 10.1126/sciadv.abn5768

직접적인 심장 리프로그래밍 (Direct cardiac reprogramming)은 심장 재생을 위한 유망한 치료 접근법으로 등장하였다. 심근세포를 생성하기 위해 저분자 화합물을 사용한 완전한 화학적 리프로그래밍은 유전자 조작과 관련된 안전 문제를 피할 수 있기 때문에 임상 적용을 위한 유전자 리프로그래밍보다 더 적합할 수 있다. 그러나 낮은 변환 효율과 불완전한 심근 세포 성숙에 관한 문제가 있으며, 화학적으로 유도된 심근세포의 치료 가능성은 많은 연구가 되지 않았다. 따라서 이 연구에서는 탈세포화 된 심장 세포외기질 (ECM)로 재구성된 3차원 미세 환경이 화학적 리프로그래밍 및 심근 세포에 대한 섬유아세포의 심장 성숙을 향상시킬 수 있다고 보고하였다. 생성된 유도 심근세포는 높은 심장 마커 발현, sarcomeric organization, 개선된 전기생리학적 특징 및 약물반응을 보여주었다. 이 연구에는 심근 경색 질환 쥐 모델에서 3차원 심장 세포외기질에서 리프로그래밍된 유도된 심근세포의 치료 가능성을 보여주었으며, 위의 플랫폼은 심장질환 치료를 위한 재생, 질병 모델링, 및 약물 스크리닝을 위한 유도된 심근세포의 형성의 새로운 기술로서의 가능성을 제시하였다.

논문제목: Cellular direct conversion by cell penetrable OCT4-30Kc19 protein and BMP4 growth factor

저자 저널 이름(발간월일) ; Seung Hyun L Kim et al., Biomaterials Research (2022.07.14)

DOI: 10.1186/s40824-022-00280-8

증가하는 골다공증 치료를 위해 뼈 재생을 유도하는 접근법 중 하나로 체세포 형질 전환이 있다. OCT4 (octamer-binding transcription factor 4)는 형질 전환을 위한 전사 조절제 중 줄기세포의 만능분화능 조절 역할을 하고, 골 형태 형성 단백질인 BMP4 (bone morphogenetic protein 4)는 골형성 분화에 중요한 역할로 알려져 있다. 기존의 연구에서는 이러한 인자의 바이러스 및 플라스미드 형질감염에는 영구적인 유전자 통합 및 박테리아 DNA 삽입과 같은 안정성 문제가 발생할 수 있기 때문에 이 논문에서는 BMP4가 결합된 OCT4 재조합 단백질의 핵 전달을 통해 내피세포의 조골세포로의 형질전환을 유도하는 세포 침투 단백질 기반 전략을 개발하였다. 이러한 OCT4 단백질의 핵 전달을 위해서 이 연구에서는 세포 독성이 낮은 봄빅스 모리 (bombyx mori)의 누에 혈액 림프에서 추출한 세포 침투 및 단백질 안정화 단백질 인 30Kc19 OCT4 재조합 단백질을 융합하였다. 이 연구는 기존의 형질전환 접근법이 가지고 있던 안전성 문제를 해결한 단백질 기반 형질전환 방법을 사용하면 유전자 변형 전략을 활용하지 않고도 임상 응용 분야에서 세포 기반 치료법을 보다 안전하게 사용할 수 있는 유망한 세포 기반 치료법을 제시하였다.

 

논문제목: A novel role of follicle-stimulating hormone (FSH) in various regeneration-related functions of endometrial stem cells

저자 저널 이름(발간월일) ; Se-Ra Park et al., Experimental & Molecular Medicine (2022.09.18)

DOI: 10.1038/s12276-022-00858-1

여포자극 호르몬 (FSH, Follicle-stimulating hormone)은 에스트로겐의 생성과 분비를 촉진하여 난포의 성장과 성숙을 자극한다. 과배란을 유도하기 위한 연속적인 FSH 치료는 보조 생식 기술 (ARTs, assisted reproductive technologies)에 대해서 여전히 대부분 사용되는 비용 효율적인 옵션으로 간주된다. 그러나 상대적으로 높은 취소율과 이에 따른 낮은 임신 결과 ( 15%)는 이 FSH 기반 ART의 가장 어려운 측면이다. 현재 FSH 기반 ART의 낮은 이식률의 주요 원인은 아직 밝혀지지 않았다. 따라서, FSH 기반 과배란 프로토콜을 사용한 높은 취소율이 연속적인 FSH 치료의 유해한 영향과 관련이 있을 수 있다는 가설을 세웠다. 중요한 것은 최근 여러 연구에서 조직에 상주하는 줄기 세포 결핍이 주기적인 자국내막 재생을 상당히 감소시키고 결과적으로 임신 결과를 감소시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 이러한 맥락에서 FSH 치료가 자궁내막 줄기세포 기능을 직접적으로 억제하여 결과적으로 자궁내막 재생을 억제할 수 있는지 조사했다. 가설과 일치하게 결과는 FSH PI3K/Akt ERK1/2 신호 경로를 통해 자가 재생, 이동 및 다계통 분화 능력과 같은 자궁내막 줄기세포의 다양한 재생 관련 기능을 시험관 내 및 생체 내에서 모두 억제할 수 있음을 처음으로 밝혀냈다. 이러한 자궁내막 줄기세포의 조직 복구 능력 관련 기능에 영향을 미칠 수 있는 주요 조절 요인 및 경로에 대한 집중적인 연구는 자궁내막 요인과 관련된 이전에는 설명되지 않았던 재발성 유산 또는 불임에 대한 새로운 통찰력을 제공할 것으로 기대된다.

논문제목: Label-free and non-destructive identification of naïve and primed embryonic stem cells based on differences in cellular metabolism

저자 저널 이름(발간월일): Koo et al., Biomaterials (2022.12.03)

DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121939

만능 줄기 세포 (pluripotent stem cell, PSC)는 만들어진 기원에 따라 naive 또는 primed 상태로 존재한다. 이 두가지 상태의 PSC 배양 조건에는 각각 다른 첨가물질과 성장 인자를 필요로 한다. 그러나 세포 기능의 손상 없이 naive 또는 primed 상태의 PSC를 구분하는 것은 두 상태의 표현형이 매우 비슷하기 때문에 어려움이 있다. 따라서, 세포 대사의 차이를 기반으로 쥐의 배아 줄기 세포 (embryonic stem cell, ESC)에서 파생된 naive ESC를 별도의 라벨링 (labeling) 없이 비파괴적으로 확인할 수 있는 전기화학적 방법에 대해 연구를 진행하였다. naive 상태의 ESC는 아데노신 삼인산 (ATP)을 생성하는 두 가지 주요 경로인 해당과정 및 산화적 인산화가 차단되어 있었으며, 미토콘드리아 에너지 생성으로 인해 ESC의 전기화학적 신호가 나타나는 것을 확인하였다. ESC의 수는 primed 상태의 ESC와 혼합되거나 naive 상태에서 primed 상태로 변환될 때 정량적으로 확인이 가능하였다. 또한, 독시사이클린 (doxycycline) 유도를 통해 쥐의 배아섬유아세포 (MEF)에서 전환된 PSC는 전환되지 않은 MEF primed 상태의 PSC 등의 다른 세포 유형에서도, 앞서 ESC에서 확인된 특징들이 민감하게 식별된다. 이렇게 개발된 감지 플랫폼은 비침습적이고, 라벨링이 필요가 없으므로, 줄기세포 유래 치료제 개발에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

논문제목: Delivery of Induced Neural Stem Cells Through Mechano-Tuned Silk-Collagen Hydrogels for the Recovery of Contused Spinal Cord in Rats

저자 저널 이름(발간월일): Davaa et al., Advanced Healthcare Materials (2022.11.29)

DOI: DOI: 10.1002/adhm.202201720

신경 줄기 세포 (NSC, neural stem cell)는 손상된 척수를 포함하여 병에 걸리거나 외상을 입은 신경 조직의 치료적 재생을 위한 엄청난 잠재력을 가지고 있지만, 이식된 NSC 세포 생존율이 낮고 분화가 통제되지 않아 생체 효능이 제한적이다이러한 문제는 강성 일치, 전단응력 완화 전단 박리가 가능한 실크-콜라겐 단백질 하이드로겔을 통해 해결 가능하다고 논문의 연구진은 생각하였다. 기계적으로 조정된 하이드로겔은 섬유아세포 (iNSC)로부터 재프로그래밍된 NSC 초기에 주입 전단응력으로부터 보호하고 12 동안의 장기 생존능을 향상시키며, Hydrogel-iNSC 치료는 NSC 단독 치료보다 염증 세포와 병변이 감소하여 신경 염증을 완화시켰으며, iNSC 하이드로겔에서 주변 조직으로 이동하고 상향 조절된 신경 영양 인자를 분비하며 신경 세포 아형으로 분화하여 시냅스를 형성한다. 많은 세로토닌 축삭이 병변 공동에서 관찰되며 iNSC 단독보다 하이드로 -iNSC에서 운동 기능이 향상된다. 논문은 개발한 기계적인 특성이 조정된 하이드로겔은 주입 스트레스와 심각한 염증 환경으로부터 iNSC 보호하여 분화 손상된 척수 복구를 가능하게 있다고 가능성을 제시하고 있다.

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