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KR20190037504A - Cell therapy for treatment of bone disease of equine and method of manufacturing the same using 3-dimensional system - Google Patents

Cell therapy for treatment of bone disease of equine and method of manufacturing the same using 3-dimensional system Download PDF

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KR20190037504A
KR20190037504A KR1020170126934A KR20170126934A KR20190037504A KR 20190037504 A KR20190037504 A KR 20190037504A KR 1020170126934 A KR1020170126934 A KR 1020170126934A KR 20170126934 A KR20170126934 A KR 20170126934A KR 20190037504 A KR20190037504 A KR 20190037504A
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KR
South Korea
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cells
differentiation
bone
hydrogel
stem cells
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Korean (ko)
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차상호
이지현
조인수
박현숙
이순례
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대한민국(농림축산식품부 농림축산검역본부장)
(주)세포바이오
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to: a cell therapy product for treating and preventing bone diseases of equine animals by using cartilage and bone differentiation-induced mesenchymal stem cells of equine animals; and a method for manufacturing the same using a three-dimensional differentiation method. Specifically, the present invention relates to manufacturing cells having cartilage and bone regeneration ability by inducing early differentiation of mesenchymal stem cells of equine animals into osteocytes. In particular, the present invention relates to manufacturing cells having the ability to rapidly regenerate cartilage and bone in large quantities by forming a three-dimensional cell culture and differentiation environment using a hydrogel.

Description

말과 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제 및 3차원 환경을 이용한 이것의 제조방법{Cell therapy for treatment of bone disease of equine and method of manufacturing the same using 3-dimensional system}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cell therapy agent for treating and preventing bone diseases in horses and animals, and a method for producing the same using the three-dimensional environment.

본 발명은 말과(equine) 동물의 연골 및 골분화 유도된 간엽줄기세포를 이용하여 말과 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포치료제 및 3차원 분화방법을 이용한 이것의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cell therapy agent for treating and preventing bone diseases in horses and animals, and a method for producing the same using a three-dimensional differentiation method using cartilage and bone differentiation-induced mesenchymal stem cells of equine animals.

세계적으로 동물용 의약품에 대한 관심과 필요가 커지며, 세계 시장 규모 또한 매년 증가하고 있다. 특히, 최근 몇 년간 반려동물과 레져스포츠용 동물에 대한 수요는 폭발적으로 증가하고 있다. 특히, 말과(equine) 동물은 레져스포츠용 동물의 대표로서, 그 가치가 높아지고 있으므로, 말과 동물의 치료에 지대한 관심과 투자가 이루어지고 있다.There is a growing interest and need for veterinary drugs worldwide, and the global market size is increasing every year. In particular, demand for companion animals and leisure sports animals has exploded in recent years. In particular, horse and equine animals are increasingly valued as representatives of leisure sports animals, and so much attention and investment is being made in the treatment of horses and animals.

레저스포츠에 이용되고 있는 경주마나 승용마의 경우는 특성상 근골격계 골절 및 염증 등이 빈번히 발생하며 치료가 쉽지 않고 활용되지 못하는 기간 동안의 높은 유지비로 인하여 퇴마 판정 후 안락사 되는 경우가 많아 활용가능한 말에 대한 대책이 필요하다. 또한, 치료 후에 외상 후 후유증을 빠르게 치료함으로써 치료기간과 노력을 최소화할 수 있는 새로운 동물용 의약품의 요구가 증가하고 있다. 특히, 병변부위를 빠르게 치료할 수 있는 효과적인 근골격계 치료를 목적으로 하는 차세대 세포치료제의 개발이 요구된다. In the case of Gyeongju Mana Roadster, which is used in leisure sports, musculoskeletal fracture and inflammation are frequently occurred due to its characteristics. Because of its high maintenance cost during periods when it is not easy to treat and is not utilized, Is required. In addition, there is an increasing demand for new veterinary medicines that can minimize treatment time and effort by rapidly treating aftertreatment after treatment. In particular, it is required to develop a next-generation cell therapy agent for the effective treatment of musculoskeletal system capable of rapidly treating a lesion site.

이에 대한 해결방안으로 줄기세포 치료제가 제안되고 있는데, 줄기세포 치료제는 줄기세포의 자기복제능력 및 분화능력을 이용한 치료제로서, 재생의학의 큰 축으로서 난치성 질환에 대한 치료방법으로 각광을 받고 있다. 줄기세포 치료제는 현재 인간을 대상으로 하여 많은 다양한 연구 및 임상이 이루어지고 있으나, 아직까지는 동물에 대한 줄기세포 치료제의 연구 개발이 활발하지 않다. 그러나, 동물 복지에 대한 관심이 증가하면서 줄기세포 치료제에 대한 수요 및 요구가 매우 커지고 있다.As a solution to this problem, a stem cell treatment agent has been suggested. As a therapeutic agent using stem cell self-replicating ability and differentiation ability, stem cell treatment agent has been attracting attention as a treatment method for intractable diseases as a major axis of regenerative medicine. Although stem cell therapy is currently being carried out in a variety of studies and clinical trials for humans, research and development of stem cell treatment agents for animals has not been active yet. However, as interest in animal welfare has increased, the demand for and demand for stem cell therapies has increased greatly.

특히, 말은 레저스포츠용으로 가치가 높은 동물로서, 근골격계 질환의 치료에 대한 요구가 높으므로, 줄기세포 치료제와 같이 비용은 높지만 그 효과가 우수한 치료제에 대하 수요가 매우 높다.In particular, horses are highly valued for leisure sports, and the demand for treatment of musculoskeletal diseases is high. Therefore, there is a high demand for therapeutic agents with high cost and high efficacy such as stem cell therapy.

대한민국 공개특허 제10-2011-0022759호Korean Patent Publication No. 10-2011-0022759

본 발명의 제1 목적은 말과(equine) 동물의 줄기세포에 최적화된 3차원 배양 및 분화 조건을 확립하는 것이다.A first object of the present invention is to establish three-dimensional culture and differentiation conditions optimized for stem cells of equine animals.

기존의 골세포 분화 기술에 따르면 간엽줄기세포로부터 골세포까지의분화 시간이 대략 3주 내지 6주가 소요되므로, 단기간 내에 충분한 양의 골분화 유도세포를 확보하기가 어렵다는 한계가 있다. 이에 본 발명은 임상 치료에 적용하기 위하여 요구되는 다량의 세포를 얻기 위하여 줄기세포의 신속한 배양 및 증식, 분화 기술을 제공하고자 한다. According to the existing bone cell differentiation technique, since the differentiation time from mesenchymal stem cells to bone cells takes about 3 to 6 weeks, it is difficult to secure sufficient amount of bone morphogenetic induction cells in a short period of time. Accordingly, the present invention provides a technique for rapid culture, proliferation and differentiation of stem cells in order to obtain a large amount of cells required for clinical treatment.

또한, 본 발명의 제2 목적은 이러한 3차원 분화방법을 이용하여 간엽줄기세포를 골세포로 초기 분화유도시켜 연골-골 재생능을 보유하는 세포를 제조함으로써, 말과 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제를 제공하는 것이다. The second object of the present invention is to provide a method for treating and preventing osteoporosis of horses and animals by producing mesenchymal stem cells into osteoblasts by inducing differentiation of osteoblast cells using osteoblast- And to provide a therapeutic agent for cell for cell.

따라서, 본 발명은 동종이식 방식을 토대로 연골-골재생능이 뛰어난 골질환 치료 및 예방용 말과 동물의 세포치료제를 제공하는데 그 궁극적 목적이 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a therapeutic agent for bone diseases and a therapeutic agent for horses and animals, which have excellent cartilage-aggregate bioactivity based on the allograft method.

본 발명자들은 말과(equine) 동물에서 유래한 간엽줄기세포를 3차원 분화 환경에서 단기간 골세포로 분화 유도시킴으로써 나타나는 우수한 연골-골재생 효과에 기인하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors completed the present invention based on the excellent cartilage-bone regeneration effect induced by differentiation of mesenchymal stem cells derived from equine animals into short-term bone cells in a three-dimensional differentiation environment.

본 발명의 일 양태로서, 말과 동물에서 유래한 간엽줄기세포를 3차원 분화 환경에서 단기간 골세포로 분화 유도시킴으로써 연골-골 재생능을 갖는 세포를 포함하는 말과 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제를 제공하는 것이다. As one embodiment of the present invention, mesenchymal stem cells derived from horses and animals are induced to differentiate into short-term osteoblasts in a three-dimensional differentiation environment to treat and prevent osteopathy of horses and animals including cells having cartilage-bone regeneration ability Cell therapeutic agent.

상기 간엽줄기세포는 말과 동물의 탯줄유래 간엽줄기세포(UCMSC)인 것이 바람직하며, 이 간엽줄기세포는 발현인자로서 CD31(음성), CD44(양성), CD90(양성), CD105(양성)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.It is preferable that the mesenchymal stem cell is a umbilical cord mesenchymal stem cell (UCMSC) derived from horse and animal. The mesenchymal stem cell includes CD31 (negative), CD44 (positive), CD90 (positive), CD105 .

상기 간엽줄기세포는 3차원 환경에서 골분화 세포로 초기 분화 유도시킴으로써 연골-골 재생능을 동시에 갖는 세포로 만들 수 있다. 즉, 골재생능을 갖도록 연골-골분화가 유도된 줄기세포는 골세포로 초기 분화 유도된 세포로서 연골세포의 특성을 일부 갖는다. 상기 세포는 골 분화 세포의 특성으로 콜라겐 타입 I을 발현하고 알카라인 포스파타아제(Alkaline Phosphatase)를 양성 발현할 수 있으며, 동시에 연골 분화 세포의 특성인 콜라겐 타입 II와 SOX9을 양성 발현할 수 있다.The mesenchymal stem cells can be initially transformed into bone-differentiated cells in a three-dimensional environment, thereby producing cells having cartilage-bone regeneration ability at the same time. That is, stem cells induced by cartilage-bone morphogenesis to have aggregate bioactivity have some characteristics of cartilage cells as early differentiation-induced cells as bone cells. The cells can express collagen type I, positive expression of alkaline phosphatase, and positive expression of collagen type II and SOX9, which are characteristic of cartilage differentiated cells, by the characteristics of bone differentiated cells.

상기 간엽줄기세포는 3차원 환경에서 배양되고 분화된 것이 바람직하다. 상기 골세포로의 초기 분화유도는 단기간에 분화배지에서 골세포로의 분화를 거치는 것이며, 약 24시간의 단기간 분화가 바람직하다.The mesenchymal stem cells are preferably cultured and differentiated in a three-dimensional environment. The induction of early differentiation into bone cells is a process of differentiation into osteocytes in the differentiation medium in a short period of time, and short-term differentiation of about 24 hours is preferable.

또한, 상기 3차원 환경에서의 배양 및 분화 조건은 하이드로 겔을 세포 배양 용기에 코팅함으로써, 하이드로 겔이 적절한 두께로 배양 용기 위에 형성되면, 그 하이드로 겔 내로 간엽줄기세포를 접종하면, 하이드로 겔이 전방위로 공기가 통과함으로써 3차원 환경을 조성하게 된다. The conditions for culturing and differentiation in the three-dimensional environment are such that when the hydrogel is formed on the culture container with a proper thickness by coating the cell culture container with the hydrogel, if the mesenchymal stem cells are inoculated into the hydrogel, The air is passed through to create a three-dimensional environment.

상기 3차원 환경을 조성하는 하이드로 겔은 그 경도(stiffness)가 약 2 kPa 이하인 것이 바람직하다.The hydrogel forming the three-dimensional environment preferably has a stiffness of about 2 kPa or less.

본 발명의 다른 양태로서, 3차원적으로 분화 환경을 이용하여 말(equine)과 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제의 제조 방법을 제공하며, 다음의 단계를 포함한다: In another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a cell therapy agent for treatment and prevention of osteopathy and equine and animal bone diseases using a three-dimensional differentiation environment, comprising the steps of:

(a) 하이드로 겔을 합성하여 세포 배양 용기에 적정한 두께로 코팅하는 단계; (a) synthesizing a hydrogel and coating the cell culture container to an appropriate thickness;

(b) 상기 코팅된 하이드로 겔 내에 말과 동물에서 유래한 간엽줄기세포를 접종하는 단계; (b) inoculating mesenchymal stem cells derived from horse and animal into the coated hydrogel;

(c) 상기 접종된 세포를 24시간 내지 48시간 동안 3차원적 환경에서 배양하여 안정화시키는 단계; 및(c) culturing the inoculated cells in a three-dimensional environment for 24 to 48 hours to stabilize the cells; And

(d) 상기 배양된 세포를 24시간 내지 48시간 동안 3차원적 환경에서 초기 분화 유도시키는 단계.(d) inducing early differentiation of the cultured cells in a three-dimensional environment for 24 to 48 hours.

상기 제조방법은 줄기세포를 골세포로 3차원 환경에서 초기 분화 유도시킴으로써, 연골-골재생능을 갖는 세포를 제조하는 것을 특징으로 한다. The method of the present invention is characterized in that stem cells are initially differentiated into osteoblasts in a three-dimensional environment, thereby producing cells having cartilage-aggregate ability.

상기 줄기세포는 말과 동물의 탯줄유래 간엽줄기세포(UCMSC)가 바람직하다. The stem cells are preferably umbilical cord mesenchymal stem cells (UCMSC) from horses and animals.

상기 (a) 단계에서 하이드로 겔은 세포친화성이 높은 수화성 폴리머로 이루어지며, 히알루론 산, 폴록사머, 알지네이트, 젤라틴, 골라겐, 피브린겔 및 이것의 균등물로 구성된 군에서 하나 또는 그 이상 선택되어 합성될 수 있다. In the step (a), the hydrogel is made of a water-soluble polymer having high cell affinity and may be one or more of hyaluronic acid, poloxamer, alginate, gelatin, aggregate, fibrin gel, Can be selected and synthesized.

상기 (b) 단계에서 하이드로 겔의 코팅은 36℃에서 30분 이상 24시간 이하로 용기에 바닥 위에 굳히는 것이 바람직하며, 2시간 이상 굳히는 것이 가장 바람직하다. 이렇게 굳힌 하이드로 겔은 경도가 약 2kPa이하이다. In the step (b), the coating of the hydrogel is preferably performed at 36 ° C for at least 30 minutes and at most 24 hours, preferably at least 2 hours. The hydrogel thus hardened has a hardness of about 2 kPa or less.

본 발명에 따른 3차원 배양 및 분화 방식은 기존의 2차원 방식에 비해 같은 면적대비 3배 이상의 세포를 획득할 수 있으며 세포 분화 기간도 획기적으로 단축시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 조직으로부터 세포를 추출하여 대량 배양한 이후 세포분화를 유도하여 적용부위에 특이적인 세포치료제를 개발하고자 하는 경우에 매우 효과적인 핵심 기술이 될 수 있다.The three-dimensional culture and differentiation method according to the present invention can obtain cells three times or more the same area as the conventional two-dimensional method, and the cell differentiation period can be drastically shortened. Therefore, it can be a very effective core technology when a cell is extracted from a tissue, cultured in a large amount, and then cell differentiation is induced to develop a cell therapy agent specific to the application site.

따라서, 본 발명은 말과 동물의 골질환 치료 및 예방에 효과적인 세포 치료제를 제공함으로써 우수한 말의 가치를 유지시키고 경주마의 수명을 늘릴 수 있는 효과를 제공할 수 있다. Accordingly, the present invention can provide an effect of maintaining excellent horseshoe value and prolonging the life span of a horse race by providing a cell therapy agent effective for treating and preventing bone diseases in horses and animals.

도 1은 본 발명에 따른 3차원적 세포 배양 및 분화 방법에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 세포 배양 및 분화 방법을 보여주는 그림으로서, (a)는 배양액과 공기가 모두 투과되는 막에 하이드로 겔을 코팅하고 세포를 접종한 후 영양분을 공급하는 배지가 세포에 간접적으로 공급되도록 분리하여 배양하는 방법이고, (b)는 공기만 투과되는 막으로 형성된 배양용기에 하이드로 겔을 코팅하고 세포를 접종하여 배양하는 방법이다. 이때, 수화성 하이드로 겔은 배지를 사용하여 제작하여 코팅함으로써 배지가 공급되지 않더라도 하이드로 겔 내에서 3차원적으로 존재하는 세포는 영양분을 공급받을 수 있다.
도 3은 탯줄유래 간엽줄기세포임을 확인하기 위하여 CD31(음성), CD44(양성), CD90(양성), CD105(양성)를 유세포분석기(Flow cytometry)로 발현 정도를 분석한 그래프이다.
도 4는 3차원 분화에 사용할 하이드로 겔의 경도(stiffenss)에 따른 이미지를 보여준다(A). 3차원 분화에 적용할 하이드로 겔을 선정하기 위하여 경도가 0.5kPa이하 인 연질겔과 1-2kPa인 중질겔을 선정하여 골분화 정도를 확인한 그래프이다(B). 여기서 하이드로 겔 A는 연질겔(soft)이고 하이드로 겔 B는 중질겔(stiff)를 나타낸다.
도 5는 골분화 정도 확인을 위하여 APL 활성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 24시간 분화된 세포의 골분화 유도 정도를 확인하기 위하여 골분화 표지 염색방법인 알리자린 레드(Alizarin Red) 염색 후 관찰한 이미지이다. 아래 그림은 알리자르 레드 염색 후 이를 녹여 흡광도를 측정함으로써 분화에 따른 칼슘 침착 정도를 확인한 그래프이다.
도 7은 24시간 분화 유도한 세포에서 발현하는 연골 및 골분화 표지 인자를 확인하기 위하여 Sox9, COL1A1, COL2A1의 발현을 확인한 결과이다.
도 8은 쥐 두개골 결손 모델을 이용하여 골재생능 확인 실험 결과를 촬영한 이미지이다.
도 9는 쥐 요골(radius) 결손 모델을 이용하여 골재생능 확인 실험 결과를 촬영한 이미지이다.
1 is a schematic diagram of a three-dimensional cell culture and differentiation method according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a three-dimensional cell culture and differentiation method according to the present invention. FIG. 2 (a) is a view showing a three-dimensional cell culture and differentiation method according to the present invention in which a medium in which both a culture medium and air are permeated is coated with a hydrogel, (B) is a method in which a culture container formed of a membrane permeable only to air is coated with a hydrogel, and cells are inoculated and cultured. At this time, the water-soluble hydrogel can be prepared and coated by using the medium so that the cells three-dimensionally present in the hydrogel can be supplied with nutrients even if the medium is not supplied.
FIG. 3 is a graph showing the degree of expression of CD31 (negative), CD44 (positive), CD90 (positive) and CD105 (positive) by flow cytometry in order to confirm that it is a umbilical cord mesenchymal stem cell.
FIG. 4 shows an image according to the stiffens of the hydrogel used for three-dimensional differentiation (A). (B) A graph showing the degree of bone differentiation by selecting a soft gel having a hardness of 0.5 kPa or less and a heavy gel having a viscosity of 1-2 kPa in order to select a hydrogel to be applied to the three-dimensional differentiation. Wherein the hydrogel A is a soft gel and the hydrogel B is a heavy gel.
FIG. 5 is a graph showing APL activity for confirming the degree of bone differentiation.
FIG. 6 is an image observed after staining with Alizarin Red, which is a bone differentiation label staining method, in order to confirm the degree of bone differentiation induced by 24 hour-differentiated cells. The figure below shows the degree of calcium deposition according to differentiation by measuring the absorbance after dissolving in Alizar Red dye.
FIG. 7 shows the results of confirming the expression of Sox9, COL1A1 and COL2A1 in order to identify cartilage and bone differentiation markers expressed in cells induced to differentiate for 24 hours.
FIG. 8 is an image of the result of the confirmation test of the aggregate bioassay using the mouse skull defect model.
FIG. 9 is an image showing the results of confirmation of the aggregate bioavailability using a mouse radial defect model.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본원 명세서에서 사용되는 “말과(equine) 동물”이란 말목에 속하는 한 과로, 말, 당나귀, 얼룩말, 노새 등을 포함한다. 현존하는 말과의 동물은 모두 말속(Equus)에 속한다.The term " equine animal " as used herein includes an overhead belonging to the antelope, horse, donkey, zebra, mule and the like. All existing horses and animals belong to Equus.

본원 명세서에서 사용되는“간엽줄기세포(Mesenchymal Stem Cells, MSC)”란 중배엽으로부터 유래되며, 간엽 조직(예, 조골세포로부터 유래된 뼈), 치아 조직, 연골, 힘줄, 골수 기질 또는 근육 등의 세포를 형성하는 증식성 전구 세포 또는 부분 분화된 세포를 의미한다. 간엽줄기세포는 골수, 골막, 해면질 골, 지방, 활액막, 평활근, 폐, 유치, 탯줄, 제대혈 그리고 제대 등 다양한 조직에서 얻을 수 있다. As used herein, "Mesenchymal Stem Cells (MSC)" refers to mesenchymal stem cells (MSCs) derived from mesodermal cells and having cells such as mesenchymal tissue (eg, bones derived from osteoblasts), dental tissues, cartilage, tendons, Quot; means a proliferative progenitor cell or a partially differentiated cell. Mesenchymal stem cells can be obtained from various tissues such as bone marrow, periosteum, cavernous bone, fat, synovium, smooth muscle, lung, kidney, umbilical cord, umbilical cord and umbilical cord.

본원 명세서에서 사용되는 용어 "분화(differentiation)"는 세포가 분열 증식하여 성장하는 동안에 서로 구조나 기능이 특수화하는 현상, 즉 생물의 세포, 조직 등이 각각에게 주어진 일을 수행하기 위하여 형태나 기능이 변해가는 것을 말한다. 예를 들면, 개체발생에서 처음에 동질적이었던 알 부분 사이에 머리나 몸통 등의 구별이 생기거나 세포에도 근세포라든가 신경세포 등의 구별이 생기는 것과 같이 처음에 거의 동질이었던 어떤 생물계의 부분 사이에 질적인 차이가 생기는 것, 또는 그 결과로서 질적으로 구별할 수 있는 부분계로 나누어져 있는 상태를 분화라고 한다. 특히, 줄기세포의 분화는 줄기세포가 특정 기능을 가지는 세포로 방향성을 가지고 발달하는 현상을 의미하는 것이다.As used herein, the term "differentiation" refers to a phenomenon in which the structure or function of a cell is specialized and differentiated while it is growing and proliferating, that is, a cell or tissue of a living organism has a form or function It means changing. For example, there may be qualitative or quantitative differences between parts of a biological system that were initially homogeneous, such as head or trunk distinction between eggs that were initially homogeneous in origin, or distinctions of cells such as muscle cells or neurons The state in which there is a difference or, as a result, is divided into partial systems that can be distinguished qualitatively is called eruption. In particular, the differentiation of stem cells refers to a phenomenon in which stem cells develop directionally into cells having specific functions.

본원 명세서에서 사용되는 용어 “골세포로 초기 분화 유도된 세포”는 골 발달(bone development) 단계에 있어서 미성숙 골모세포 혹은 골모세포 전구세포 (pre-osteoblast) 분화 단계까지 분화된 세포를 의미하는 것으로서, 골모세포 전구세포(pre-osteoblast) 또는 성숙한 골모세포까지를 포함한다. 줄기 세포에서 골분화가 진행됨에 따라, 골원성 세포의 특징적인 인자들을 발현하기 시작한다. 예를 들면, 간엽 줄기 세포에 의해 발현되는 골아세포 분화의 초기 표식이 되는 알칼라인 포스파타아제의 발현 수준이 증가된다. As used herein, the term " a cell that is initially induced to differentiate into bone cells " means a cell differentiated to the stage of differentiation of immature osteoblasts or pre-osteoblasts in a bone development step, Osteoblast precursor cells (pre-osteoblast) or mature osteoblasts. As bone morphogenesis progresses in stem cells, it begins to express characteristic factors of osteogenic cells. For example, the expression level of alkaline phosphatase, which is an early marker of osteoblast differentiation expressed by mesenchymal stem cells, is increased.

본원 명세서에서 사용되는 용어 “골 재생능”은 손상, 결실 또는 결손된 뼈를 재생(regeneration) 또는 치유하는 것을 의미한다. 본원 명세서에서 사용되는 용어 “연골 재생능”은 손상, 결실 또는 결손된 연골을 재생 또는 치유하는 것을 의미한다. The term " bone regeneration ability " as used herein means regeneration or healing of damaged, missing or deficient bones. As used herein, the term " cartilage regeneration ability " refers to regeneration or healing of cartilage damaged, missing or deficient.

이하, 본 발명에 따른 말과 동물과 동물의 골재생능을 갖는 간엽 줄기세포 및 이것의 제조방법에 대하여 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, mesenchymal stem cells having an ability to produce aggregates of horses, animals and animals according to the present invention and a method for producing the mesenchymal stem cells will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and drawings.

본 발명의 일 양태는, 3차원적 환경에서 간엽줄기세포를 골세포로 초기 분화 유도시켜 연골-골 재생능을 갖는 세포를 포함하는 말과 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제를 제공하는 것이다. One aspect of the present invention is to provide a therapeutic agent for treating and preventing bone diseases in horses and animals comprising cells having cartilage-bone regeneration ability by inducing early differentiation of mesenchymal stem cells into bone cells in a three-dimensional environment .

본 발명에 따른 세포 치료제를 구성하는 연골-골 재생능을 갖는 세포는 3차원 환경에서 약 24시간 내지 48시간 동안 배양한 후, 약 24시간 내지 48시간 동안 분화시키는 단계를 거침으로써, 간엽줄기세포를 골세포로 초기 분화 유도시킨 것이다. The cells having cartilage-bone regeneration ability constituting the cell therapy agent according to the present invention are cultured in a three-dimensional environment for about 24 hours to 48 hours and then subjected to differentiation for about 24 hours to 48 hours, To induce early differentiation into bone cells.

본 발명에 따른 간엽줄기세포는 지방, 골수, 치수, 제대혈, 탯줄 등 다양한 조직에서 유래한 것일 수 있으며, 바람직하게는 탯줄에서 유래한 것이다. The mesenchymal stem cells according to the present invention may be derived from various tissues such as fat, bone marrow, size, umbilical cord, and umbilical cord, and are preferably derived from umbilical cord.

탯줄 유래 줄기세포의 경우 출산 후 폐기되는 탯줄조직을 이용함으로써, 채취가 용이하고 다량의 줄기 세포를 손쉽게 확보 가능하다는 장점이 있다. 지방이나 골수 유래 줄기세포는 분리, 추출되는 공여자의 나이나 건강상태 등에 영향을 받아 증식력이나 분화능 등에 제한이 있고 변동성이 많지만, 탯줄 유래 줄기세포의 경우 성체 줄기세포 중 가장 이른 시기에 수득할 수 있는 줄기세포로서 공여자의 나이 등의 변수에 따라 줄기세포능에 영향을 거의 받지 않으며 뛰어난 증식력 및 분화능을 가진다. 또한, 탯줄 유래 줄기세포는 신경계 질환, 간 질환, 근골격계 질환 등 다양한 질환에 활용 가능한 줄기세포군을 분리할 수 있다는 장점이 있다.In the case of umbilical cord-derived stem cells, the umbilical cord tissue that is discarded after delivery is used, which facilitates harvesting and allows a large amount of stem cells to be readily obtained. Although stem cells derived from fat or bone marrow are limited in their proliferation and differentiation potential due to the influence of the donor and the health condition of the donor to be extracted and extracted, the umbilical cord stem cells can be obtained in the earliest stage of adult stem cells As a stem cell, it is hardly influenced by stem cell function depending on a donor's age and other variables, and has excellent proliferation and differentiation ability. In addition, umbilical cord stem cells can be used for various diseases such as neurological diseases, liver diseases, musculoskeletal diseases and the like.

상기 간엽줄기세포는 발현인자로서 CD31(음성), CD44(양성), CD90(양성), CD105(양성)를 갖는 것을 특징으로 한다(도 3 참조).The mesenchymal stem cells are characterized by having CD31 (negative), CD44 (positive), CD90 (positive) and CD105 (positive) as expression factors (see FIG. 3).

상기 연골-골 재생능을 갖는 세포는 골 재생능의 특성인 콜라겐 타입 I 및 알카라인 포스파타아제(Alkaline Phosphatase)를 양성 발현하면서 동시에 연골세포의 특성인 콜라겐 타입 II와 SOX9을 양성 발현한다(도 5 및 도 7 참조).The cells having the cartilage-bone regenerating ability can positively express collagen type I and alkaline phosphatase (Alkaline Phosphatase), which are characteristics of bone regeneration ability, while positively expressing collagen type II and SOX9, which are characteristics of cartilage cells And Fig. 7).

본 발명의 다른 양태는, 말과(equine) 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제의 제조 방법으로서, 3차원 배양 및 분화 방식을 이용하는 것을 특징으로 한다. 기존의 분화방식인 2차원 분화는 줄기세포를 분화시키는데 걸리는 시간이 길고 공여체(Donor) 간 차이에 영향을 많이 받는다. 따라서 말과 동물의 간엽줄기세포를 이용한 골분화의 경우도 실험편차가 큰 2차원 분화방식보다는 3차원 분화방식을 채택함으로써, 말과 동물 세포에 최적화된 조건의 3차원 분화 시스템을 확립하였다.Another aspect of the present invention is a method for producing a cell therapeutic agent for treating and preventing bone diseases in an equine animal, characterized by using a three-dimensional culture and a differentiation method. Two-dimensional differentiation, which is an existing differentiation method, takes a long time to differentiate stem cells and is greatly influenced by differences between donors. Therefore, in the case of bone marrow differentiation using mesenchymal stem cells of horses and animals, a three-dimensional differentiation system which is optimized for horse and animal cells was established by adopting a three-dimensional differentiation system rather than a two-dimensional differentiation system having a large experimental deviation.

구체적으로, 본 발명은 말과(equine) 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제를 제조하는 방법을 제공하며, 다음의 단계를 포함한다:Specifically, the present invention provides a method for preparing a cell therapy agent for treating and preventing bone diseases in an equine animal, comprising the steps of:

(a) 하이드로 겔을 합성하여 세포 배양 용기에 적정한 두께로 코팅하는 단계; (a) synthesizing a hydrogel and coating the cell culture container to an appropriate thickness;

(b) 상기 코팅된 하이드로 겔 내에 말과 동물에서 유래한 간엽줄기세포를 접종하는 단계; (b) inoculating mesenchymal stem cells derived from horse and animal into the coated hydrogel;

(c) 상기 접종된 세포를 24시간 내지 48시간 동안 3차원적 환경에서 배양하여 안정화시키는 단계; 및(c) culturing the inoculated cells in a three-dimensional environment for 24 to 48 hours to stabilize the cells; And

(d) 상기 배양된 세포를 24시간 내지 48시간 동안 3차원적 환경에서 초기 분화 유도시키는 단계를 포함하는 방법.(d) inducing early differentiation of the cultured cells in a three-dimensional environment for 24 to 48 hours.

본 발명에 따른 세포 치료제의 제조 방법은 단시간 동안 연골-골분화(Chondro-Osteogenesis) 유도를 3차원 방식으로 진행하는 것을 특징으로 한다(도 1 참조). 도 1에서 보는 바와 같이, 세포 배양 배지 내에 하이드로 겔이 적정한 두께로 코팅하여 원하는 줄기세포를 3차원 환경에서 일정 시간 배양한 후 분화시킬 수 있다. The method for producing a cell therapeutic agent according to the present invention is characterized in that the induction of chondro-osteogenesis proceeds in a three-dimensional manner for a short period of time (see FIG. 1). As shown in FIG. 1, the desired stem cells can be cultured in a three-dimensional environment for a certain time and then differentiated by coating the hydrogel in an appropriate thickness in a cell culture medium.

특히, 본 발명은 단기간 동안 세포를 분화 및 유도를 시키는 것이 바람직하다. 즉, 3차원적으로 조성된 환경에서 줄기세포를 24시간 내지 48시간 동안 분화시킨 후, 다시 24시간 내지 48시간 동안 골세포로 분화시키는 단계를 거친다. 이러한 초기 분화유도를 통하여 줄기세포는 연골의 표지자와 골 표지자를 동시에 발현하게 됨으로써 향상된 연골-골재생능을 보유하게 됨을 확인할 수 있다(도 5 및 도 7 참조).Particularly, it is preferable that the present invention induces differentiation and induction of cells for a short period of time. In other words, the stem cells are differentiated in a three-dimensional environment for 24 to 48 hours, and then differentiated into bone cells for 24 to 48 hours. Through these induction of early differentiation, it is confirmed that stem cells simultaneously express cartilage markers and bone markers, thereby having improved cartilage-aggregate bioactivity (see FIGS. 5 and 7).

본 발명에 따른 3차원 배양 및 분화 방식은 합성 하이드로 겔을 이용하는 것이다. 상기 하이드로 겔은 히알루론산, 폴록사머, 알지네이트, 젤라틴, 콜라겐, 피브린겔 및 이것의 균등물로 구성된 군에서 하나 또는 그 이상 선택되어 합성할 수 있다. The three-dimensional culture and differentiation method according to the present invention uses a synthetic hydrogel. The hydrogel may be synthesized by one or more selected from the group consisting of hyaluronic acid, poloxamer, alginate, gelatin, collagen, fibrin gel and the equivalent thereof.

상기 합성된 하이드로 겔을 세포 배양 용기에 적절한 두께로 코팅함으로써, 상기 세포 배양 용기에 3차원 환경을 형성시켜 준다. 상기 하이드로 겔은 세포가 충분히 배양할 수 있는 정도의 두께로 코팅될 수 있으며, 그 두께는 약 5 mm 정도 이하가 바람직하다. The synthesized hydrogel is coated in a cell culture container to an appropriate thickness to form a three-dimensional environment in the cell culture container. The hydrogel may be coated to such a thickness that the cells can be sufficiently cultured, and the thickness thereof is preferably about 5 mm or less.

상기 세포 배양 용기는 공기투과성 막 이거나 공기투과 및 배지 투과성질의 막을 배양 표면으로 하는 배양용기일 수 있으며, 이 배양용기의 재질은 폴리스티렌(Polystyrene;PS), 폴리테트라플로로에틸렌(Polytetrafluoroethylene;PTEF), 폴리에틸렌트레프탈레이트(polyethylene terephthalate;PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate;PCF)와 같은 폴리머막일 수 있다.The cell culture container may be an air permeable membrane or a culture vessel having an air permeable and a medium permeable quality membrane as a culture surface. The culture vessel may be made of polystyrene (PS), polytetrafluoroethylene (PTEF) And may be a polymer film such as polyethylene terephthalate (PET) or polycarbonate (PCF).

본 발명에 따른 하이드로 겔에 의한 3차원 환경은 공기가 전방위로 겔 내로 통과할 수 있는 환경을 조성한다는 특징이 있다(도 2 참조). 즉, 도 2의 (a) 및 (b)는 공기가 전방위적으로 통과할 수 있는 3차원 배양 방법의 구현예이다. 도2의 (a)는 하이드로 겔에 포함된 세포 배양액 외에 추가로 배지가 더 공급되는 방식으로 폴리머막은 공기 투과뿐만 아니라 배지 투과도 가능한 형태로 배지 소모가 큰 세포를 배양하는데 적합하며, 도 2의 (b)는 공기투과만 가능한 막으로 구성된 배양 형태이다. 양자 모두 본 발명에 따른 3차원 환경을 조정할 수 있는 배양 시스템을 보여주고 있다.The three-dimensional environment of the hydrogel according to the present invention is characterized in that it creates an environment in which air can be passed through the gel in all directions (see FIG. 2). 2 (a) and 2 (b) are examples of a three-dimensional culture method in which air can pass through in all directions. FIG. 2 (a) is a view in which the medium is further supplied in addition to the cell culture fluid contained in the hydrogel, and the polymer membrane is suitable for culturing cells consuming large amounts of medium in a form capable of permeating the medium as well as air permeation. b) is a culture form composed of a membrane that can only permeate air. Both show a culture system capable of adjusting the three-dimensional environment according to the present invention.

본 발명에 따른 3차원 분화 방법은 상기 하이드로 겔을 용기에 코팅 후 약 36℃에서 30분 이상 24시간 이하 굳히도록 하며, 2시간 이상 굳히는 것이 바람직하다. In the three-dimensional differentiation method according to the present invention, it is preferable that the hydrogel is coated on a container and then allowed to harden for about 30 minutes to 24 hours at about 36 ° C, and to harden for 2 hours or more.

상기 하이드로 겔은 일정한 두께를 가지면서 특정한 굳기 (stiffness)의 물성을 보유하는데, 이러한 굳기에 따라 세포의 분화 양태를 결정하게 된다. 본 발명에서는 굳기 정도가 다른 겔인 연질겔(0.5kPa이하), 중질겔 (1-2kPa), 경질겔(5kPa이상)을 이용하여 연골-골분화를 유도하는 시험을 하였고, 연질겔에서 중질겔까지의 범위(2 kPa 이하)가 연골-골 분화에 바람직하였으며, 보다 더 바람직하게는 연질겔이었다(도 4 참조).The hydrogel has a specific thickness and a specific stiffness property, and the stiffness of the hydrogel determines the mode of differentiation of the cells. In the present invention, a test was conducted to induce cartilage-bone differentiation using a soft gel (0.5 kPa or less), a heavy gel (1-2 kPa), a hard gel (5 kPa or more) and a soft gel (2 kPa or less) was preferred for cartilage-bone differentiation, and more preferably was a soft gel (see Fig. 4).

본 발명에서는 24시간 동안 분화 유도된 세포의 연골과 골 표지자 발현 정도를 확인한 결과 연골과 골 표지자를 모두 발현하고 있다. 표지자는 콜라겐 I과 콜라겐 II가 바람직하며, 본 발명에서 연골 표지자인 SOX9과 콜라겐 II의 발현은 감소하기는 하지만 여전히 발현하고 있으며, 골 표지자인 콜라겐 I의 발현은 증가되고 있는 양상을 나타낸다. 이에, 연골-골 분화의 경우 표지자의 발현량에는 변화가 있을 수 있으나 모두 양성 발현하는 것이 바람직하다(도 7 참조).In the present invention, the expression of cartilage and bone markers in the cells induced to differentiate for 24 hours is checked, and both cartilage and bone markers are expressed. The markers are preferably collagen I and collagen II. In the present invention, the expression of SOX9 and collagen II, which are cartilage markers, is still expressed, but the expression of collagen I, a bone marker, is increasing. Thus, in the case of cartilage-bone differentiation, the expression level of the marker may vary but it is preferable that all of them express positive (see FIG. 7).

본 발명에서는 알카라인포스파타아제(ALP) 활성 측정으로 골유도 정도를 확인하여 분화 조건을 확립하였다. 2차원 골분화 방식(일반적인 골분화 방법)에서는 ALP활성에 변화가 없었으나 3차원 골분화 방식에서는 24시간째부터 ALP 활성 증가를 확인 할 수 있었다(도 5 및 도 6 참조). 본 발명에 따른 말의 탯줄 유래 간엽줄기세포의 골재생 유효성은 쥐 두개골 모델 및 쥐 요골(radius) 모델을 통하여 확인하였다(도 8 및 도 9 참조).In the present invention, the degree of bone induction was determined by measuring the activity of alkaline phosphatase (ALP) to establish the differentiation conditions. In the two-dimensional bone differentiation method (general bone differentiation method), there was no change in ALP activity, but in the three-dimensional bone differentiation method, increase of ALP activity was confirmed from 24 hours (see FIGS. 5 and 6). The bone regeneration effectiveness of umbilical cord-derived mesenchymal stem cells according to the present invention was confirmed by a rat skull model and a mouse radial model (see FIGS. 8 and 9).

<< 실시예Example 1> 1>

탯줄 유래 줄기세포의 3차원적 분화Three-dimensional differentiation of umbilical cord stem cells

1-1.1-1. 탯줄 유래 줄기세포의 획득(확립-분리)Acquisition (Establishment - Isolation) of umbilical cord stem cells

말 출산시 배출된 태반과 같은 출산 폐기물을 획득하고, 이 출산 폐기물로부터 탯줄을 분리하였다. 분리된 탯줄에서 우선 동맥과 정맥 혈관을 제거하고 남은 조직을 잘게 다져 재조합 콜라게나아제인 AdiCol™(CEFO Co.)과 37℃에서 4시간 이상 반응시킨 후 세포를 추출하였다. 추출된 세포는 CEFOgro™ eUCMSC(CEFO Co.)배지로 37℃, 5% CO2조건에서 배양하여 간엽줄기세포를 확보하였다. Obtained maternal wastes such as placenta released at the time of horse delivery, and umbilical cord was separated from this maternal waste. The arterial and venous blood vessels were first removed from the umbilical cord and the remaining tissue was minced and reacted with AdiCol ™ (CEFO Co.), a recombinant collagenase, at 37 ° C for at least 4 hours before the cells were extracted. The extracted cells were cultured in the medium of CEFOgro ™ eUCMSC (CEFO Co.) at 37 ° C and 5% CO2 to obtain mesenchymal stem cells.

1-2.1-2. 탯줄 유래 줄기세포를 분화 유도하는 단계The step of inducing the differentiation of umbilical cord stem cells

2차원 골분화유도를 위하여 배양접시에 세포를 ㎠당 20,000개의 세포를 접종하고 CEFOgro™ eUCMSC로 배지를 추가하여 24시간동안 세포를 배양하여 안정화 하였다. 그 후, 분화배지 CEFOgro™ DM Osteo (CEFO Co.)로 교환하여 24시간 동안 분화 유도하였다.For induction of 2-D bone differentiation, 20,000 cells per cm 2 were inoculated into a culture dish and the medium was added with CEFOgro ™ eUCMSC to stabilize the cells for 24 hours. Then, the cells were exchanged with the differentiation medium CEFOgro (TM) DM Osteo (CEFO Co.) for induction of differentiation for 24 hours.

3차원 분화유도를 위하여 골분화유도에 적합하도록 폴록사머 겔(BASF, Germany)을 CEFOgro™ eUCMSC 배지로 완전히 녹여 준비하고, 공기투과성 배양용기(Corning Co.)에 준비된 하이드로 겔을 37℃에서 2시간 이상 코팅하고 ㎠당 55,000개의 세포를 접종하였다. CEFOgro™ eUCMSC로 배지를 추가하여 24시간동안 세포를 배양하여 안정화 하였다. 그 후, 분화배지 CEFOgro™ DM Osteo (CEFO Co.)로 교환하여 24시간 동안 분화 유도하였다. To induce three-dimensional differentiation, poloxamer gel (BASF, Germany) was completely dissolved in CEFOgro ™ eUCMSC medium to prepare bone differentiation induction. Hydrogel prepared in an air permeable culture container (Corning Co.) And coated with 55,000 cells per ㎠. The medium was supplemented with CEFOgro ™ eUCMSC and the cells were cultured for 24 hours to stabilize. Then, the cells were exchanged with the differentiation medium CEFOgro (TM) DM Osteo (CEFO Co.) for induction of differentiation for 24 hours.

<< 실시예Example 2> 2>

탯줄 유래 간엽줄기세포의 표면 발현 단백질 확인Identification of surface expression proteins of umbilical cord-derived mesenchymal stem cells

우선 배양된 세포를 포집하여 포스페이트 버퍼 살린(phosphate buffer saline ; PBS)으로 1회 세척하고 2% 소혈청 알부민 단백질이 포함된 포스페이트 버퍼 살린(bovine serum albumin in phosphate buffer saline ; PBA)으로 1회 더 세척한 후 CD31, CD44, CD90, CD105 항체를 2% PBA용액에 1:100으로 희석하여 준비된 세포와 1시간 동안 반응시켰다. 1차 항체반응이 완료된 시료들을 형광 발광체가 붙어있는 2차 항체로 1시간 반응시킨 후 PBS를 2회 세척한 후 2% 포름알데히드로 고정하여 시료를 준비하였다. BD Calibur를 이용하여 단백질의 표면 발현 정도를 분석하였다(도3 참조).First, the cultured cells were collected, washed once with phosphate buffer saline (PBS), and further washed once with bovine serum albumin phosphate buffer saline (PBA) containing 2% bovine serum albumin protein The CD31, CD44, CD90, and CD105 antibodies were diluted 1: 100 in 2% PBA solution and reacted with the prepared cells for 1 hour. After the primary antibody reaction was completed, the sample was reacted with a secondary antibody attached to a fluorescent light for 1 hour, washed twice with PBS, and fixed with 2% formaldehyde to prepare a sample. The degree of surface expression of the protein was analyzed using BD Calibur (see FIG. 3).

<< 실시예Example 3> 3>

탯줄 유래 간엽줄기세포의 골세포로의 분화 확인Identification of umbilical cord-derived mesenchymal stem cells into bone cells

3-1. 3-1. 골분화Bone differentiation 유도시간에 따른 ALP Activity 확인 Confirmation of ALP activity by induction time

일정기간 동안 분화유도된 세포에 대하여 알카라인포스파타아제(ALP) 활성을 측정 키트를 이용하여 제공된 프로토콜에 따라 실시하고, 알카라인 포스파타아제 활성을 측정하여 분화 유도 정도를 확인하였다.Alkaline phosphatase (ALP) activity was measured for the cells induced to differentiate over a period of time according to the protocol provided by using a measurement kit, and the degree of induction of differentiation was determined by measuring alkaline phosphatase activity.

그 결과, 2차원 골분화 방식(일반적인 골분화 방법)에서는 ALP활성에 변화가 거의 없어 분화가 진행되지 않은 것으로 판단되나 3차원 골분화 방식에서는 24시간째부터 ALP 활성 증가를 확인 할 수 있었다.As a result, in the two - dimensional bone differentiation method (general bone differentiation method), it was judged that the ALP activity was almost not changed and the differentiation was not progressed. However, in the 3 - dimensional bone differentiation method, the ALP activity was increased from the 24th hour.

3-2. 3-2. 골분화Bone differentiation 유도 세포의 칼슘 침착 정도 확인 Determination of Calcium Deposition of Induction Cells

골분화가 유도된 세포의 칼슘 침착 정도를 확인하기 위하여 24시간 동안 분화 유도된 알리자린 레드 염색 (Alizarin Red Staining)으로 칼슘 침착 정도를 확인함으로써 골분화가 잘 유도되고 있음을 확인하였다. In order to confirm the degree of calcium deposition in the oocyte - derived cells, it was confirmed that the osteogenesis was well induced by confirming the degree of calcium deposition by alizarin red staining induced by differentiation for 24 hours.

<< 실시예Example 4> 4>

연골 및 Cartilage and 골분화Bone differentiation 표지자 확인 Identify markers

24시간 분화 유도된 세포와 미분화 세포를 각각 포집하여 Trizol™(Invitrogen Co.)과 클로로포름(Sigma Co.)을 처리하고 원심분리를 통하여 층 분리하고 mRNA만을 획득하였다. Transcriptor Universal cDNA Master Kit (Roche Co.)를 이용하여 획득된 mRNA를 cDNA로 합성하였다. 이후 SOX9, COL1A1, COL2A1을 대상으로 실시간 중합효소연쇄반응(Real Time-Polymerase Chain Reaction ; RT-PCR)을 통하여 DNA를 증폭하여 발현량을 확인하였다. 중합효소연쇄반응 조건은 95℃ 10초, 54℃ 10초, 72℃ 30초로 35 cycles 이었다.24 hour-differentiated cells and undifferentiated cells were collected, treated with Trizol ™ (Invitrogen Co.) and chloroform (Sigma Co.), separated by centrifugation, and only mRNA was obtained. Transcriptor Universal cDNA Master Kit (Roche Co.) was used to synthesize mRNA obtained from cDNA. DNA was amplified by real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) on SOX9, COL1A1 and COL2A1. The polymerase chain reaction conditions were 35 cycles of 95 ° C for 10 seconds, 54 ° C for 10 seconds, and 72 ° C for 30 seconds.

<< 실시예Example 5> 5>

쥐 두개골 결손 모델을 이용한 Using the rat skull defect model 골재생Bone regeneration 능력 확인 시험 Ability confirmation test

쥐의 두개골(calvaria)에 직경 4mm 골결손 모델을 만들었다. 여기에 3종의 실험군을 구성하여 세포를 처리하여 8주간 각 실험군의 골재생 효과를 확인하였다. 상기 세포는 지방유래 간엽줄기세포(ADMSC) 및 탯줄유래 간엽줄기세포(UCMSC)로부터 획득하였다. 3종의 실험군은 각각 미분화군, 골분화 유도군, 미분화와 골분화 세포 혼합군이다. 골재생 정도는 μCT 이미지에 의하여 확인하였다. A 4 mm diameter bone defect model was made in the rat's calvaria. Three experimental groups were constructed to treat the cells and bone regeneration effect of each experimental group was confirmed for 8 weeks. The cells were obtained from adipose-derived mesenchymal stem cells (ADMSC) and umbilical cord mesenchymal stem cells (UCMSC). Three experimental groups were undifferentiated, osteogenic differentiated, undifferentiated and osteogenic differentiated group. The degree of bone regeneration was confirmed by μCT images.

<< 실시예Example 6> 6>

rat 요골radius (radius) 결손 모델을 이용한 (radius) defect model 골재생능Aggregate bio-function 확인 시험 Confirmation test

쥐의 요골(radius)에 직경 2mm 골결손 모델을 만들었다. 여기에 3종의 실험군을 구성하여 쥐 한마리당 1X106세포를 처리하여 12주간 각 실험군의 골재생 효과를 확인하였다. 상기 세포는 탯줄유래 간엽줄기세포(UCMSC)로부터 획득하였다. 3종의 실험군은 각각 스캐폴드만 처리된 대조군과 미분화군, 골분화 유도군이다. 골재생 정도는 μCT 이미지에 의하여 확인하고 재생된 신생 골량을 정량화 하였다. A 2 mm diameter bone defect model was made in the radius of the rat. Three experimental groups were constructed and treated with 1X106 cells per mouse to confirm the bone regeneration effect of each experimental group for 12 weeks. The cells were obtained from umbilical cord mesenchymal stem cells (UCMSC). The three experimental groups were control group treated with only scaffold, undifferentiated group, and bone differentiation induction group. The degree of bone regeneration was confirmed by μCT images and the amount of regenerated new bone was quantitated.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (11)

말과(Equine) 동물에서 유래한 간엽줄기세포를 3차원적 환경에서 골세포로 초기 분화 유도하여 연골-골 재생능을 갖는 세포를 포함하는, 말과 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제.An agent for treating and preventing osteoporosis of horses and animals, comprising cells having cartilage-bone regeneration ability by inducing early differentiation of mesenchymal stem cells derived from an equine animal into osteoblasts in a three-dimensional environment. 제1항에 있어서,
상기 간엽줄기세포는 탯줄유래 간엽줄기세포(UCMSC)인 것을 특징으로 하는 세포 치료제.
The method according to claim 1,
Wherein said mesenchymal stem cells are umbilical cord mesenchymal stem cells (UCMSC).
제1항에 있어서,
상기 간엽줄기세포는 발현인자로서 CD31(음성), CD44(양성), CD90(양성) 및 CD105(양성)를 갖는 것을 특징으로 하는 세포 치료제.
The method according to claim 1,
Wherein said mesenchymal stem cells have CD31 (negative), CD44 (positive), CD90 (positive) and CD105 (positive) as expression factors.
제1항에 있어서,
상기 연골-골 재생능을 갖는 세포는 골 재생능의 특성인 콜라겐 타입 I 및 알카라인 포스파타아제(Alkaline Phosphatase)를 양성 발현하면서 동시에 연골세포의 특성인 콜라겐 타입 II와 SOX9을 양성 발현하는 것으로 특징으로 하는 세포 치료제.
The method according to claim 1,
The cells having the cartilage-bone regenerating ability are characterized by positive expression of collagen type I and alkaline phosphatase, which are characteristic of bone regeneration ability, and positive expression of collagen type II and SOX9, which are characteristics of cartilage cells. Cell therapy.
제1항에 있어서,
상기 3차원적 환경은 2 kPa 이하의 경도를 갖는 하이드로 겔에 의하여 조성되어 전방위로 공기가 통과하는 것을 특징으로 하는 세포 치료제.
The method according to claim 1,
Wherein the three-dimensional environment is constituted by a hydrogel having a hardness of 2 kPa or less, and air flows in all directions.
(a) 하이드로 겔을 합성하여 세포 배양 용기에 적정한 두께로 코팅하는 단계;
(b) 상기 코팅된 하이드로 겔 내에 말과 동물에서 유래한 간엽줄기세포를 접종하는 단계;
(c) 상기 접종된 세포를 24시간 내지 48시간 동안 3차원적 환경에서 배양하여 안정화시키는 단계; 및
(d) 상기 배양된 세포를 24시간 내지 48시간 동안 3차원적 환경에서 초기 분화 유도시키는 단계를 포함하는, 말과(equine) 동물의 골질환 치료 및 예방용 세포 치료제의 제조 방법.
(a) synthesizing a hydrogel and coating the cell culture container to an appropriate thickness;
(b) inoculating mesenchymal stem cells derived from horse and animal into the coated hydrogel;
(c) culturing the inoculated cells in a three-dimensional environment for 24 to 48 hours to stabilize the cells; And
(d) inducing early differentiation of the cultured cells in a three-dimensional environment for 24 hours to 48 hours, thereby producing a cell therapeutic agent for treating and preventing bone diseases in equine animals.
제6항에 있어서,
상기 하이드로 겔은 히알루론산, 폴록사머, 알지네이트, 젤라틴, 콜라겐, 피브린겔 및 이것의 균등물로 구성된 군에서 하나 또는 그 이상 선택되어 합성되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the hydrogel is selected from one or more selected from the group consisting of hyaluronic acid, poloxamer, alginate, gelatin, collagen, fibrin gel and its equivalent.
제6항에 있어서,
상기 (a) 단계는 합성된 하이드로 겔을 상기 세포 배양 용기에 코팅 후 36℃에서 2시간 이상 굳히는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the step (a) comprises coating the synthesized hydrogel on the cell culture container, and then solidifying the mixture at 36 DEG C for 2 hours or more.
제6항에 있어서,
상기 하이드로 겔은 2 kPa 이하의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the hydrogel has a hardness of 2 kPa or less.
제6항에 있어서,
상기 초기 분화 유도된 세포는 연골-골 재생능을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Wherein said initial differentiation-induced cells have cartilage-bone regeneration ability.
제6항에 있어서,
상기 3차원적 환경은 전방위로 공기가 하이드로 겔 내로 통과되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the three-dimensional environment is omnidirectional air is passed into the hydrogel.
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