WO2025053666A1 - Mesenchymal stem cell spheroid, preparation method therefor and composition comprising same - Google Patents
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- C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
- C12N2533/90—Substrates of biological origin, e.g. extracellular matrix, decellularised tissue
Definitions
- hyaluronic acid HA
- collagen poly-L-lactic acid
- calcium hydroxylapatite a group consisting of HA, collagen, and calcium hydroxylapatite.
- hyaluronic acid and collagen are short-term fillers that only last for a few months.
- permanent fillers such as polymethylmethacrylate and silicone have a long-lasting effect but have a higher risk of complications such as granulomas, silicone embolism syndrome, and nodule formation.
- the present invention provides a filler composition for skin regeneration comprising mesenchymal stem cell spheroids.
- the present invention provides a method for producing mesenchymal stem cell spheroids, comprising the steps of: (a) producing spheroid-shaped cell aggregates by three-dimensionally culturing mesenchymal stem cells; and (b) isolating mesenchymal stem cell spheroids having an average diameter of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m from the spheroid-shaped cell aggregates, to produce mesenchymal stem cell spheroids having a uniform diameter.
- two-dimensional culture means culturing cells in a monolayer in any type of culture vessel, such as a cell culture flask or flat petri dish.
- mesenchymal stem cells can self-assemble to form spheroid-shaped cell aggregates.
- the method comprises the steps of: centrifuging 50 to 5,000 mesenchymal stem cells at 100 to 1,000 xg to prepare spherical spheroid-shaped cell aggregates; and culturing the spherical spheroid-shaped cell aggregates under a culture medium for 1 to 8 days.
- the spherical spheroid-shaped cell aggregates can preferably be cultured under a culture medium for 1 to 5 days.
- the method comprises the steps of: centrifuging 100 to 3,000 mesenchymal stem cells at 300 to 600 xg to prepare spherical spheroid-shaped cell aggregates; and culturing the spherical spheroid-shaped cell aggregates under a culture medium for 1 to 8 days.
- the spherical spheroid-shaped cell aggregates can preferably be cultured under a culture medium for 1 to 5 days.
- the number of mesenchymal stem cells in the step of manufacturing the spheroid-shaped cell aggregate of the above-mentioned sphere may be a lower limit of 60 or more, 70 or more, 80 or more, 90 or more, 100 or more, 150 or more, 180 or more, 200 or more, 250 or more, 300 or more, 350 or more, or 400 or more, and an upper limit may be 4,500 or less, 4,000 or less, 3,500 or less, 3,000 or less, 2,500 or less, 2,000 or less, 1,500 or less, 1,000 or less, 800 or less, 750 or less, 700 or less, 650 or less, or 600.
- the badge may contain antibiotics, antifungals and/or substances commonly used in the industry to prevent infection by bacteria, fungi and/or to prevent the growth of mycoplasma.
- the step of isolating mesenchymal stem cell spheroids having an average diameter of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m from the spheroid-shaped cell aggregates of the present invention (b) may include a step of passing the spherical spheroid-shaped cell aggregates produced in step (a) through a cell strainer having a diameter of 300 ⁇ m or less.
- the diameter of the mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m may be preferably 20 to 280 ⁇ m, more preferably 30 to 260 ⁇ m, still more preferably 40 to 240 ⁇ m, still more preferably 50 to 200 ⁇ m, and most preferably 60 to 180 ⁇ m.
- cells having a diameter of mesenchymal stem cell spheroids of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m can be secured with higher purity.
- the step of isolating cell aggregates having a uniform diameter and producing mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m may include a step of passing the spherical spheroid-shaped cell aggregates produced in step (a) through a strainer having a diameter of 300 ⁇ m or less at the upper portion and a strainer having a diameter of 10 ⁇ m or more at the lower portion together.
- a strainer having a diameter of 300 ⁇ m or less at the upper portion and a strainer having a diameter of 10 ⁇ m or more at the lower portion together.
- the strainer having a diameter of 300 ⁇ m or less in the upper part may be, for example, a strainer having a diameter of 290 ⁇ m or less, 280 ⁇ m or less, 270 ⁇ m or less, or 260 ⁇ m or less, and preferably may be a strainer having a diameter of less than 300 ⁇ m.
- the strainer having a diameter of 10 ⁇ m or more in the lower part may be, for example, a strainer having a diameter of 20 ⁇ m or more, 30 ⁇ m or more, 40 ⁇ m or more, 50 ⁇ m or more, 60 ⁇ m or more, or 70 ⁇ m or more.
- the mesenchymal stem cell spheroids having an average diameter of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m manufactured through the above manufacturing process according to the present invention contain a large amount of extracellular matrix (ECM), exhibit high ECM gene expression, and the function of the spheroids including mesenchymal stem cells can be maintained for a long period of time. In addition, they exhibit high gene expression of growth factors, and in particular, maintain high contents of VEGF-A and HGF.
- ECM extracellular matrix
- the dry weight of the mesenchymal stem cell spheroid may be 250 to 500 ng, preferably 280 to 450 ng, more preferably 300 to 400 ng, and even more preferably 303 to 370 ng.
- the dry weight of the mesenchymal stem cell spheroid refers to the dry weight of one mesenchymal stem cell spheroid.
- the mesenchymal stem cell spheroid having a diameter of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m manufactured according to the present invention may include mesenchymal stem cells (MSCs) and an extracellular matrix (ECM).
- the extracellular matrix may contain a large amount of at least one selected from the group consisting of collagen, fibronectin, hyaluronic acid (HA), elastin (EL), and glycosaminoglycan (GAG).
- the collagen may be type 1 collagen.
- the mesenchymal stem cell spheroid may highly express any one or more selected from the group consisting of collagen, fibronectin, hyaluronic acid (HA), elastin (EL), and glycosaminoglycan (GAG), compared to a single mesenchymal stem cell or dermal fibroblast.
- HA hyaluronic acid
- EL elastin
- GAG glycosaminoglycan
- the mesenchymal stem cell spheroid may have increased expression of at least one selected from the group consisting of fibroblast growth factor 2 (FGF2), platelet-derived growth factor subunit A (PDGFA), vascular endothelial growth factor A (VEGFA), hepatocyte growth factor (HGF), and insulin-like growth factor 1 (IGF-1).
- FGF2 fibroblast growth factor 2
- PDGFA platelet-derived growth factor subunit A
- VEGFA vascular endothelial growth factor A
- HGF hepatocyte growth factor
- IGF-1 insulin-like growth factor 1
- the mesenchymal stem cell spheroid may have increased expression of vascular endothelial growth factor A (VEGFA), hepatocyte growth factor (HGF), or both.
- VAGFA vascular endothelial growth factor A
- HGF hepatocyte growth factor
- the mesenchymal stem cell spheroid may maintain the expression of fibroblast growth factor 2 (FGF2) or platelet-derived growth factor subunit A (PDGFA).
- FGF2 fibroblast growth factor 2
- PDGFA platelet-derived growth factor subunit A
- the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention may have a higher expression of any one or more factors selected from the group consisting of vascular endothelial growth factor A (VEGFA), hepatocyte growth factor (HGF), and insulin-like growth factor 1 (IGF-1) compared to mesenchymal stem cells or dermal fibroblasts.
- VAGFA vascular endothelial growth factor A
- HGF hepatocyte growth factor
- IGF-1 insulin-like growth factor 1
- the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention may express fibroblast growth factor 2 (FGF2) or platelet-derived growth factor subunit A (PDGFA) at a level equivalent to that of mesenchymal stem cells or dermal fibroblasts.
- FGF2 fibroblast growth factor 2
- PDGFA platelet-derived growth factor subunit A
- the mesenchymal stem cells contained in the above mesenchymal stem cell spheroid can positively express at least 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more of any one or more markers selected from the group consisting of CD29, CD44, CD73, CD90 and CD105.
- the mesenchymal stem cells contained in the above mesenchymal stem cell spheroid can negatively express at least 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% or less for any one or more markers selected from the group consisting of CD31, CD45, CD79a, CD117 and HLA-DR.
- the mesenchymal stem cells included in the above mesenchymal stem cell spheroid can positively express CD29, CD44, CD73, CD90 and CD105 by at least 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more, and negatively express CD31, CD45, CD79a, CD117 and HLA-DR by at least 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% or less.
- the mesenchymal stem cells included in the above mesenchymal stem cell spheroid can positively express CD29, CD44, CD73, CD90 and CD105 at least 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more, or negatively express CD31, CD45, CD79a, CD117 and HLA-DR at least 2%, 1.5%, 1% or less.
- the mesenchymal stem cell spheroids produced by the method of the present invention can express one or more proteins selected from the group consisting of Tenascin (TNC), Fibronectin (FN1), Proteoglycan-4 (PRG4), COL5A3 (Collagen Type V Alpha 3 Chain), COL7A1 (Collagen Type VII Alpha 1 Chain), EVPL (Envoplakin), EFEMP2 (Fibulin-4), MFAP2 (Microfibril Associated Protein 2), FBLN2 (Fibulin-2), HSPG2, FBLN1 (Fibulin-1), and COL6A3 (Collagen alpha-3(VI) chain).
- TPC Tenascin
- FN1 Fibronectin
- PRG4 Proteoglycan-4
- COL5A3 Collagen Type V Alpha 3 Chain
- COL7A1 Collagen Type VII Alpha 1 Chain
- EVPL Envoplakin
- EFEMP2 Fibulin-4
- MFAP2 Micro
- the wet weight of the above mesenchymal stem cell spheroid may be 1 to 6 ⁇ g, preferably 2 to 5 ⁇ g, more preferably 2.5 to 4 ⁇ g, and even more preferably 3.19 ⁇ 0.5 ⁇ g.
- Mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m according to the present invention maintain the characteristics of mesenchymal stem cells by having gene expression changes similar to the original gene expression of MSCs, while containing a large amount of extracellular matrix (ECM) such as collagen, fibronectin, hyaluronic acid, elastin or glycosaminoglycan and exhibiting high ECM gene expression.
- ECM extracellular matrix
- the function of spheroids including mesenchymal stem cells can be maintained for a long period of time and maintain a high content of growth factors, particularly VEGF-A and HGF.
- the mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention have high gene expression levels of collagen types (V, VI, XIII, XVIII), fibronectin and elastin. More specifically, they exhibit high expression levels of any one or more selected from the group consisting of COL5A1, COL6A1, COL13A1, COL18A1, fibronectin and elastin.
- the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention can express any one or more proteins selected from the group consisting of Tenascin (TNC), Fibronectin (FN1), Proteoglycan-4 (PRG4), COL5A3 (Collagen Type V Alpha 3 Chain), COL7A1 (Collagen Type VII Alpha 1 Chain), EVPL (Envoplakin), EFEMP2 (Fibulin-4), MFAP2 (Microfibril Associated Protein 2), FBLN2 (Fibulin-2), HSPG2, FBLN1 (Fibulin-1), and COL6A3 (Collagen alpha-3(VI) chain).
- TPC Tenascin
- FN1 Fibronectin
- PRG4 Proteoglycan-4
- COL5A3 Collagen Type V Alpha 3 Chain
- COL7A1 Collagen Type VII Alpha 1 Chain
- EVPL Envoplakin
- EFEMP2 Fibulin-4
- MFAP2 Microfi
- the mesenchymal stem cell spheroids of the present invention have significantly higher expression levels of tenascin (TNC) and fibronectin (FN1) compared to single mesenchymal stem cells.
- Composition comprising mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m and hyaluronic acid
- the present invention provides a composition comprising the mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid.
- the present invention provides a combination comprising the mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid.
- the composition comprises 1 to 2 ⁇ 10 of the mesenchymal stem cell spheroids. 5 It can be included in a concentration of 10/mL, for example, the lower limit is 1 or more/mL, or 2 or more/mL, and the upper limit is 2 ⁇ 10 5 Less than or equal to 1.8 ⁇ 10 5 Less than or equal to 1.6 ⁇ 10 5 Less than or equal to 1.4 ⁇ 10 5 Less than 1.2 ⁇ 10/mL 5 Less than 1 ⁇ 10 5 Less than 9.5 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 9 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 8.5 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 8 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 7.5 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 7 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 6.5 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 6 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 5.5 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 5 ⁇ 10 4 dog/mL Below, 4.5 ⁇ 10 4 dog/m
- the composition may contain the mesenchymal stem cells at a concentration of 1 ⁇ 10 2 cells/mL to 8 ⁇ 10 7 cells/mL.
- the lower limit is 1.2 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 1.4 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 1.6 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 1.8 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 2.0 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 2.2 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 2.4 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 2.6 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 2.8 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 3.0 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 3.2 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 3.4 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 3.6 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 3.8 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 4.0 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 4.5 ⁇ 10 2 cells/mL or more, 5.0 ⁇
- Hyaluronic acid is a type of glucosaminoglycan, composed of N-acetyl glucosamine and glucuronic acid. It exists in the extracellular matrix and is involved in maintaining moisture in tissues, storing and diffusion of cell growth factors and nutrients, and is known to be synthesized by keratinocytes and fibroblasts.
- the composition can comprise hyaluronic acid in a concentration of 2 to 50 mg/mL.
- the lower limit can be at least 3 mg/mL, at least 4 mg/mL, at least 5 mg/mL, at least 6 mg/mL, at least 7 mg/mL, at least 8 mg/mL, at least 9 mg/mL, at least 10 mg/mL, at least 12 mg/mL, at least 14 mg/mL, at least 16 mg/mL, at least 18 mg/mL, or at least 20 mg/mL
- the upper limit can comprise a concentration of at most 45 mg/mL, at most 40 mg/mL, at most 35 mg/mL, at most 30 mg/mL, at most 28 mg/mL, at most 27 mg/mL, or at most 26 mg/mL.
- the hyaluronic acid content may be 0.2 to 5% (w/v), and specifically, the lower limit may be 0.4% (w/v) or more, 0.6% (w/v) or more, 0.8% (w/v) or more, 1.0% (w/v) or more, 1.2% (w/v) or more, 1.4% (w/v) or more, 1.6% (w/v) or more, 1.8% (w/v) or more, 1.9% (w/v) or more, or 2% (w/v) or more, and the upper limit may be 4.5% (w/v) or less, 4.0% (w/v) or less, 3.5% (w/v) or less, 3.0% (w/v) or less, 2.8% (w/v) or less, 2.7% (w/v) or less, or It can be included in a concentration of 2.6% (w/v) or less.
- the hyaluronic acid may include hyaluronic acid, a hyaluronic acid salt, or a mixture thereof.
- the hyaluronic acid includes pharmaceutically acceptable salts, for example, sodium hyaluronate, potassium hyaluronate, magnesium hyaluronate, potassium hyaluronate, and the like.
- compositions uses and methods for skin regeneration, wound or scar treatment comprising mesenchymal stem cell spheroids
- the pharmaceutical composition may be formulated into various dosage forms such as an injection form, an infusion form, a spray form, a liquid form, a suspension form, an external preparation form, or a patch form, and preferably may be formulated into an injection form, an infusion form, a suspension form, or an external preparation form.
- the mixing ratio of the pharmaceutical composition of one specific example of the present invention can be appropriately selected depending on the type, amount, form, etc. of the additional components described above.
- Figure 2 shows the morphology of mesenchymal stem cells isolated from adipose tissue observed under a microscope.
- Figure 3 shows the cell growth rate of mesenchymal stem cells isolated from adipose tissue.
- Figure 5 shows the results of staining verification of the differentiation ability of mesenchymal stem cells into adipocytes, osteocytes, and chondrocytes.
- Figure 6 shows the results of RT-PCR verification of the differentiation ability of mesenchymal stem cells into adipocytes, osteocytes, and chondrocytes.
- Figure 7 shows microscopic images of mesenchymal stem cell spheroids, which are round cell structures of mesenchymal stem cells formed through self-assembly, at different culture days.
- Figure 9 shows the cell survival of mesenchymal stem cell spheroids by donor and passage.
- Figure 10 shows the DNA amount of mesenchymal stem cell spheroids according to the culture period.
- Figure 11 shows an electron microscope image of a mesenchymal stem cell spheroid.
- Figure 12 shows the expression of mesenchymal stem cell markers in cells constituting mesenchymal stem cell spheroids confirmed by flow cytometry.
- Figure 13 shows a microscopic image of donor-specific mesenchymal stem cell markers in immunofluorescence staining of mesenchymal stem cell spheroids.
- Figure 14 shows the results of quantitative RT-PCR analysis of the extracellular matrix expression level of mesenchymal stem cell spheroids.
- Figure 17 shows an image confirming collagen expression in mesenchymal stem cell spheroids by histological analysis.
- Figure 20 shows the results of comparative analysis of skin extracellular matrix gene expression levels in mesenchymal stem cell spheroids of different sizes.
- Figure 22 is a histological image showing the intradermal retention of a composition containing mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid injected into a mouse.
- Figure 23 shows the survival and engraftment ability of a composition comprising mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid injected into mice.
- Figure 24 shows an image of blood vessels surrounding a composition containing mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid injected into a mouse, analyzed by immunohistochemical staining.
- Figure 25 shows the deviation between experimenters in the dry weight measurement results of the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention.
- Figure 26 shows a linear trend line for the dry weight of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention.
- Figure 27 shows the results of the total protein count analysis of the mesenchymal stem cell spheroids and single cells of the present invention.
- Figure 28 shows the results of principal component analysis of mesenchymal stem cell spheroids and single cells of the present invention.
- Figure 29 shows the results of heat map analysis of mesenchymal stem cell spheroids and single cells of the present invention.
- Figure 30 shows the protein increase/decrease distribution of the mesenchymal stem cell spheroids and single cells of the present invention.
- the present invention provides a method for producing mesenchymal stem cells into mesenchymal stem cell spheroids having a uniform size and a pharmaceutical use thereof.
- Example 1 Production and characterization of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (MSCs)
- Example 1-1 Isolation of mesenchymal stem cells (MSCs) from adipose tissue
- MSCs Human adipose-derived mesenchymal stem cells
- MiB mesenchymal stem cell spheroids
- the prepared human-derived adipose tissue was placed in Hanks® Balanced Salt solution (HBSS) containing 0.1% collagenase I and shaken at 37°C for 30 minutes to separate the cells, which were then washed and filtered through a 100 ⁇ m nylon mesh. Afterwards, the tissue was cultured in a 5% CO 2 incubator at 37°C, supplying nutrients with Dulbecco's modified Eagles medium (DMEM) containing 10% fetal bovine serum (FBS) and 1X antibioticantimycotic solution (AA).
- DMEM Dulbecco's modified Eagles medium
- FBS fetal bovine serum
- AA antibioticantimycotic solution
- Example 1-2 Verification of Isolated Mesenchymal Stem Cells (MSCs)
- the MSCs isolated according to Example 1-1 have characteristics such as an attachment form, multipotency, and expression of surface-specific antigens, and by confirming these characteristics, it was verified that the cells isolated in Example 1-1 were MSCs.
- the cells were found to attach and grow in a homogeneous spindle-like shape on a plastic culture dish (Fig. 2), and were found to proliferate exponentially up to the 7th passage, and it was confirmed that it takes about 2 to 3 days for the cells to divide once (Fig. 3).
- test results showed that more than 95% of the cells were positive for the expression of positive markers CD29, CD44, CD73, CD90, and CD105, and less than 2% for the expression of negative markers CD31, CD45, CD79a, CD117, and HLA-DR, confirming that the cells were MSCs separated with high purity (Fig. 4).
- Example 1-3 Confirmation of adipocyte differentiation potential of isolated mesenchymal stem cells (MSC) by staining
- FGF2 fibroblast growth factor 2
- PDGFA platelet-derived growth factor subunit A
- VEGFA vascular endothelial growth factor A
- HGF hepatocyte growth factor
- IGF-1 insulin-like growth factor 1
- Example 2-12 Analysis of gene expression differences and extracellular matrix expression levels according to the diameter size of mesenchymal stem cell spheroids
- an mRNA sequencing library was synthesized using the Illumina Truseq Stranded mRNA/total Library prep kit, and clusters were constructed using the cBot cluster generation automation system, and then the sequence of each amplified cDNA was sequenced using the Novaseq 6000 sequencing system (Illumina).
- the gene expression of two types of mesenchymal stem cell spheroids with different diameters was mapped using Tophat (v2.0.13), and the differentially expressed gene (DEG) was analyzed using Cuffdiff (v2.2.0).
- DEG differentially expressed gene
- Cuffdiff v2.2.0
- microenvironment of cells composing mesenchymal stem cell spheroids is affected by the size of the spheroids, and that as the diameter increases, differences in the microenvironment, such as limited supply of nutrients and oxygen to the center of the mesenchymal stem cell spheroid, induced changes in gene expression in 300 ⁇ m mesenchymal stem cell spheroids compared to 100 ⁇ m mesenchymal stem cell spheroids, showing differences from the unique gene expression pattern of mesenchymal stem cells.
- collagen is a major protein that accounts for 77% of the fat-free dry weight of skin tissue, excluding fat and water, and is very important for the strength and elasticity of the skin.
- collagen type I accounts for 80-90% of skin collagen
- type III accounts for 10-15%.
- mesenchymal stem cell spheroids have different gene expression levels depending on their diameter, and it was confirmed that mesenchymal stem cell spheroids having a specific range of diameters manufactured according to the present invention exhibit very high expression of ECM genes and are highly suitable for treating skin wounds or scars.
- Example 3-2 Volume maintenance ability of mesenchymal stem cell spheroids injected into mouse skin
- the volume was maintained by evaluating the mesenchymal stem cell spheroids manufactured according to the present invention to determine the sustainability and side effects.
- NSG mice 7-week-old non-obese diabetic SCID gamma (NSG) mice [NOD, Cg-Prkdcscid Il2rg tm 1Wjl/SzJ] were randomly divided into four groups as shown in Table 3 below.
- the skin was collected 8 or 12 weeks after injection of the composition containing mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid, fixed with 4% PFA, and embedded in paraffin. Tissue slides sectioned at 4 ⁇ m thickness were deparaffinized and stained using a Trichrome Staining Kit.
- the composition containing mesenchymal stem cell spheroids (Low, High) and hyaluronic acid was observed to remain in the subcutaneous area of the mouse and maintain the volume (Fig. 22).
- PCR using human-specific Alu sequences and SISH for human-specific HER2 were performed. After transplanting the composition containing mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid, the mice were sacrificed 4 or 8 weeks later, the skin was cut, and DNA was extracted using AccuPrep Genomic DNA Extraction Kit. Using the primers in Table 4 below, PCR was performed at 94°C for 5 minutes, 94°C for 30 seconds, 58°C for 15 seconds, and 72°C for 30 seconds, 35 cycles. The PCR products were confirmed by electrophoresis through 1% agarose gel.
- SISH silver-enhanced in situ hybridization
- Example 3-4 Analysis of blood vessels surrounding the engraftment of mesenchymal stem cell spheroids injected into mouse skin by immunostaining
- MSCs multilineage differentiation potential
- endothelial cells include the ability to differentiate into endothelial cells, it is important to discern whether the endothelial cells originate from mouse angiogenesis or human mesenchymal stem cell differentiation.
- Example 3-2 To stain blood vessels, the skin was collected 8 weeks after the injection of mesenchymal stem cell spheroids as in Example 3-2, fixed with 4% PFA, and embedded in paraffin. Tissue slides were serially sectioned at 4 ⁇ m thickness, and CD31 primary antibody or XRCC5 primary antibody was diluted and fixed, and the Discovery XT automated immunohistochemical stainer was used. Detection was performed using Ventana ChromoMap Kit, and the sections were visualized after counterstaining with hematoxylin and bluing reagent. XRCC5 enables specific detection of human nuclei.
- XRCC5 was not detected in CD31-positive microvessels at the site of engraftment of mesenchymal stem cell spheroids (Fig. 24). It was confirmed that the microvessels found in the periphery where the injected mesenchymal stem cell spheroids engrafted were not differentiated from human mesenchymal stem cells but derived from adjacent mouse blood vessels.
- a wet weight analysis was performed. Specifically, in order to confirm the weight of the mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention, the total weight of 1,200 pieces, which is the production quantity, was measured to estimate the weight per piece, and the results are as shown in Table 5 below.
- the wet weight of the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention was confirmed to be approximately 3.19 ⁇ 0.46 ⁇ g per unit.
- the workflow of the experiment conducted to confirm the dry weight, which is one of the characteristics of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) in vitro is as follows. Two experimenters separately conducted the experiment on the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) according to the present invention to confirm the variation between the experimenters. The cells were harvested when they were 70% confluent, and the 0.5K mesenchymal stem cell spheroids (MiB) were cultured in a 5% CO 2 incubator at 37°C for 2 days while supplying nutrients with DMEM containing 10% fetal bovine serum and 1X antibiotic and antimycotic. The grouping was configured as shown in Table 6 below.
- mesenchymal stem cell spheroids (MiB) cultured at 0, 4,800, and 9,600 in 5 mL tubes were collected in 3 replicates, and then suspended in 200 ⁇ L of DPBS.
- the inlet of the 5 mL tube was sealed with parafilm, a hole was poked with a 30 gauge needle, and dried for 2 days using a freeze dryer.
- the weight of the freeze-dried sample was measured three times using an electronic balance, and the average of the measurements was calculated to calculate the weight. From the weight of the freeze-dried sample, the dry weights of 4,800 and 9,600 mesenchymal stem cell spheroids (MiB) were confirmed by subtracting the weights of the 5 mL tube and parafilm measured in advance. The calculated dry weight was divided by the number of each mesenchymal stem cell spheroid (MiB) to obtain the weight of 1 mesenchymal stem cell spheroid (MiB).
- the weights of the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention measured by experimenters 1 and 2 were 336.2 ⁇ 30.5 ng and 322.9.2 ⁇ 17.6 ng (Mean ⁇ S.D.), respectively, and there was no statistically significant difference.
- the dry weight of 317 ng of one mesenchymal stem cell spheroid (MiB) that can be calculated through the trend line was found to be within the weight range of the measured mesenchymal stem cell spheroid (MiB) in Table 7.
- Example 5 Proteomic analysis of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention
- the sample was placed in a lysis buffer containing 4% SDS, boiled at 100°C for 10 min, and centrifuged at 18,000 rpm for 10 min to extract proteins according to the method of Lee, Jangho, et al.
- the proteins were measured by bicinchoninic acid analysis (BCA) and separated on an SDS-PAGE gel to perform in-gel digestion.
- BCA bicinchoninic acid analysis
- the gel was fractionated by molecular weight according to the method of Lee, Sang-Yeop, et al., and the gel was washed with a solution prepared with 30% methanol, 10 mM ammonium bicarbonate, and 50% acetonitrile.
- the gel was dried and reduced with 10 mM dithiothreitol and 55 mM iodoacetamide, followed by tryptic digestion with 50 mM ammonium bicarbonate at 37°C for 12–16 h. Tryptic peptides were extracted with a 50 mM ammonium bicarbonate solution containing 5% trifluoroacetylacid (TFA) and 50% acetonitrile and stored at 4°C.
- TFA trifluoroacetylacid
- the solution stored according to the above method was dissolved in 0.5% TFA and analyzed by liquid chromatography with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). 5 ⁇ L of the eluted sample was eluted with 5%-40% acetonitrile at a flow rate of 300 nL/min for more than 95 minutes using a 100 ⁇ m ⁇ 2 cm nanoviper trap column and a 75 ⁇ m ⁇ 15 cm nanoviper analysis column (Thermo Fisher Scientific). All MS and MS/MS spectral data were analyzed by a QExactive Plus mass spectrometer (Thermo Fisher Scientific).
- Protein identification was based on monoisotopic mass selection, precursor mass tolerance ⁇ 5 Da, fragment mass tolerance ⁇ 0.8 Da, two miscleavages, and a corrected carbamidomethylcysteine. Individual spectra were accepted based on a Mascot ion threshold score of 0.05 specifically calculated by each database search. Peptide validator was used to match peptides and proteins exceeding the threshold, and a false discovery rate (FDR) of 1.0% was applied.
- FDR false discovery rate
- Single cells and mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention were tested with three samples per group, and the results are as shown in Figure 27.
- the number of proteins constituting the single cell and the mesenchymal stem cell spheroid (MiB) of the present invention was analyzed, and it was confirmed that the total number of proteins constituting each of the mesenchymal stem cell spheroid (MiB) and the single cell slightly increased by about 3%.
- PCA principal component analysis
- heatmap analysis In order to confirm the correlation and protein composition differences between groups using the proteins that constitute the samples, principal component analysis (PCA) and heatmap analysis were performed.
- PCA analysis distribution graph showing the correlation of the composed proteins it was confirmed that the single cell and mesenchymal stem cell spheroids were located oppositely, indicating that the types of the composed proteins were clearly different, and the results are as shown in Figure 28.
- heatmap analysis showing the correlation between groups in rows, columns, and colors, the differences in protein composition and content between single cell and mesenchymal stem cell spheroids were confirmed, and the results are as shown in Figure 29.
- the increase/decrease distribution of proteins in the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention compared to single cells was analyzed.
- the increase/decrease distribution of proteins is shown in Fig. 30, and the results of confirming the increased structural proteins in the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention compared to single cells are as shown in Table 8.
- Tenascin is a protein expressed when tissues are damaged or inflamed, and is known to be involved in cell proliferation response and promote healing through activation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) and inflammatory signaling pathways.
- EGFR epidermal growth factor receptor
- Fibronectin is one of the proteins whose levels were found to increase significantly, and Fibronectin is known to be a protein that plays a major role in wound healing and tissue remodeling processes by being involved in cell adhesion, growth, migration, and differentiation.
- the proteins increased in the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention compared to single cells are functionally classified into structural proteins, enzymes, ribosomal proteins, histone proteins, signaling proteins, apoptosis and differentiation-related proteins, etc.
- proteins related to the structure increased, and it is presumed that this change is due to the induction of self-assembly, which is the production principle of the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention.
- proteoglycan-4 was shown to be a protein specifically expressed only in mesenchymal stem cell spheroids (MiB). PRG4 is known to help wound healing by reducing fibrosis and enhancing angiogenesis by inducing adipocytes to the wound site by regulating molecular pathways related to wound healing.
- COL5A3 Collagen Type V Alpha 3 Chain
- COL7A1 Collagen Type VII Alpha 1 Chain
- EVPL Envoplakin
- EFEMP2 Fibulin-4
- MFAP2 Microfibril Associated Protein 2
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Abstract
Description
본 발명은 중간엽 줄기세포 스페로이드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 균일한 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드, 이의 제조방법과 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물을 제공한다.The present invention relates to mesenchymal stem cell spheroids, a method for producing the same, and a composition comprising the same. Specifically, the present invention provides mesenchymal stem cell spheroids having a uniform diameter, a method for producing the same, and a composition comprising the mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid.
피부는 물리적 및 환경적 공격에 대한 신체의 첫 번째 방어선 역할을 하며, 피부가 손상되면 상처 치유 과정이 활성화되어 흉터가 생길 수 있다. 이상적으로는 상처 치유 과정이 거의 흉터 없는 피부로 이어져야 하지만, 일부 개인은 과도한 섬유증 또는 위축을 경험할 수 있으며 켈로이드, 비대 또는 위축성 흉터로 이어진다. 위축성 흉터는 조직 파생물을 포함하는 켈로이드성 및 비대성 흉터와 달리 함몰된 흉터를 생성한다. 위축성 흉터의 지형학적 함몰은 부상 후 진피 콜라겐과 결합 조직의 부적절한 보상으로 인한 것으로 생각된다. 위축성 흉터는 경피증, 임신 중 튼살, 여드름, 수술, 사고 등 다양한 원인으로 발생할 수 있다. 병적 흉터는 특히 신체의 눈에 보이는 부위에 위치할 때 삶의 질을 크게 떨어뜨리고 심리적 스트레스를 유발할 수 있다. 본 발명은 자기조립 지방유래 중간엽 줄기세포(Mesenchymal stem cells, MSCs)를 이용한 새로운 치료 방법을 제시하여 흉터 치료에 있어 삶의 질 향상에 기여할 수 있다.The skin serves as the body’s first line of defense against physical and environmental aggression, and when the skin is damaged, the wound healing process is activated, which can lead to scarring. Ideally, the wound healing process should result in virtually scarless skin, but some individuals may experience excessive fibrosis or atrophy, resulting in keloid, hypertrophic, or atrophic scars. Atrophic scars produce depressed scars, unlike keloid and hypertrophic scars that contain tissue outgrowth. The topographic depression of atrophic scars is thought to be due to inadequate compensation of dermal collagen and connective tissue following injury. Atrophic scars can result from a variety of causes, including scleroderma, stretch marks during pregnancy, acne, surgery, and accidents. Pathological scars, especially when located on visible areas of the body, can significantly reduce the quality of life and cause psychological stress. The present invention proposes a novel treatment method using self-assembling adipose-derived mesenchymal stem cells (MSCs) that may contribute to improving the quality of life in scar treatment.
흉터 모양을 개선하기 위해 다양한 치료법이 사용되어왔다. 이러한 치료법에는 절개, 레이저, 그리고 피부 필러 주입이 포함된다. 피부 필러로는 히알루론산(Hyaluronic acid, HA), 콜라겐(Collagen), 폴리-L-락트산(Poly-L-lactic acid), 칼슘 하이드록실아파타이트(Calcium hydroxylapatite) 등이 널리 사용된다. 하지만 히알루론산과 콜라겐은 단기적인 효과를 가지며 몇 달만 지속되는 단기 필러이다. 반면 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 실리콘(Silicone)과 같은 영구필러는 지속시간이 길지만 육아종, 실리콘 색전증 증후군, 결절 형성 등의 합병증 위험이 높다.Various treatments have been used to improve the appearance of scars. These treatments include excision, laser, and dermal filler injections. Common dermal fillers include hyaluronic acid (HA), collagen, poly-L-lactic acid, and calcium hydroxylapatite. However, hyaluronic acid and collagen are short-term fillers that only last for a few months. On the other hand, permanent fillers such as polymethylmethacrylate and silicone have a long-lasting effect but have a higher risk of complications such as granulomas, silicone embolism syndrome, and nodule formation.
이러한 인공 필러의 한계를 극복하기 위해 새로운 접근 방식이 요구되고 있으며 줄기 세포의 사용이 새로운 대안이 되고 있다. 성체줄기세포인 중간엽 줄기세포(Mesenchymal stem cell, MSC)는 자가재생능력, 재생을 촉진하는 인자의 분비, 면역조절능력으로 인해 상처치유 촉진에 탁월한 잠재력을 보이는 것으로 확인되었다. 골수(Bone marrow), 지방 조직 등 다양한 조직에서 얻을 수 있다. 현재 대부분의 세포치료제 투여는 단일세포 형태로 주입하거나 이식한다. 단일 세포의 MSC는 생존률이 낮고 이식했을 때 생착률이 매우 낮다. 따라서 MSC를 피부 재생치료제로 사용할 때, 이식 후 생존률과 생착률이 증가된 형태로 개선할 필요가 있고, 특히 결합조직의 감소로 인한 위축성 흉터를 위한 치료제로 결합조직의 성분이 풍부한 형태의 세포치료제의 개발이 매우 중요하다.To overcome the limitations of these artificial fillers, a new approach is required, and the use of stem cells is becoming a new alternative. Mesenchymal stem cells (MSCs), which are adult stem cells, have been confirmed to have excellent potential in promoting wound healing due to their self-renewal ability, secretion of factors that promote regeneration, and immunomodulatory ability. They can be obtained from various tissues such as bone marrow and adipose tissue. Currently, most cell therapy administrations are injected or transplanted in the form of single cells. Single-cell MSCs have low survival rates and very low engraftment rates when transplanted. Therefore, when using MSCs as skin regeneration therapy, it is necessary to improve them in a form with increased survival and engraftment rates after transplantation, and in particular, the development of cell therapy rich in connective tissue components is very important as a treatment for atrophic scars caused by a decrease in connective tissue.
이를 통하여 본 발명자들은 균일한 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제조하여, 피부에 이식된 MSC가 장기적으로 피부 볼륨이 유지되는 것을 확인하였다. 이를 통하여, 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드가 기존의 세포 기반 치료법의 한계를 극복하고 피부 필러로서 더 지속적인 효과를 갖는 것을 확인하였다.Through this, the inventors of the present invention manufactured mesenchymal stem cell spheroids having a uniform diameter and confirmed that MSCs transplanted into the skin maintained skin volume in the long term. Through this, it was confirmed that the mesenchymal stem cell spheroids of the present invention overcome the limitations of existing cell-based therapies and have a more sustained effect as a dermal filler.
본 발명의 목적은 (a) 중간엽 줄기세포를 3차원 배양하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 스페로이드형 세포집합체에서 10 μm 내지 300 μm의 평균 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드 분리하는 단계를 포함하는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 제조 방법을 제공한다.The purpose of the present invention is to provide a method for producing mesenchymal stem cell spheroids, comprising the steps of (a) producing spheroid-shaped cell aggregates by three-dimensionally culturing mesenchymal stem cells; and (b) isolating mesenchymal stem cell spheroids having an average diameter of 10 μm to 300 μm from the spheroid-shaped cell aggregates.
또한, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 균일한 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드로서, 중간엽 줄기세포(MSC) 및 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)을 포함하고, 평균 직경이 10 μm 내지 300 μm인, 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제공한다.In addition, a mesenchymal stem cell spheroid having a uniform diameter manufactured according to the manufacturing method of the present invention is provided, which comprises mesenchymal stem cells (MSCs) and an extracellular matrix (ECM), and has an average diameter of 10 μm to 300 μm.
또한, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물을 제공한다.In addition, a composition comprising mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid manufactured according to the manufacturing method of the present invention is provided.
또한, 본 발명은 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 피부 재생용 약학 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for skin regeneration comprising the mesenchymal stem cell spheroid.
또한, 본 발명은 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 피부 상처 또는 흉터 치료용 약학 조성물을 제공한다In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for treating skin wounds or scars comprising the mesenchymal stem cell spheroids.
본 발명은 중간엽 줄기세포 스페로이드; 및 약학적으로 허용가능한 담체를 포함하는 피부 상처 또는 흉터 치료용 약학 조성물을 제공한다.The present invention provides a pharmaceutical composition for treating skin wounds or scars, comprising mesenchymal stem cell spheroids; and a pharmaceutically acceptable carrier.
또한, 본 발명은 중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 피부 재생용 필러 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a filler composition for skin regeneration comprising mesenchymal stem cell spheroids.
또한, 본 발명은 피부 상처 또는 흉터 치료용 약제의 제조를 위한 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 용도를 제공한다.The present invention also provides the use of mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention for the manufacture of a medicament for treating skin wounds or scars.
또한, 본 발명은 피부 상처 또는 흉터 치료에 사용하기 위한 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제공한다.Additionally, the present invention provides mesenchymal stem cell spheroids for use in treating skin wounds or scars.
또한, 본 발명은 중간엽 줄기세포 스페로이드의 치료학적 유효량을 피부 상처 또는 흉터 치료를 필요로 하는 대상체에 투여하여 피부 상처 또는 흉터를 치료하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for treating a skin wound or scar by administering a therapeutically effective amount of mesenchymal stem cell spheroids to a subject in need of treatment of a skin wound or scar.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 용어 (기술 및 과학 용어 포함)는 관련 기술분야 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 통상적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것들과 같은 용어들은 관련 기술분야 맥락에서의 그의 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본원에서 명시적으로 그렇게 정의되지 않는 한, 이상화되거나 과도하게 형식적인 의미로는 해석되지 않게 된다는 것 또한 이해될 것이다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. It will also be understood that terms that are defined in commonly used dictionaries should be interpreted to have a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly so defined herein.
본원에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시양태를 기술할 목적의 것으로써, 제한하고자 하는 것이 아니다. 본원에서 사용될 때, 단수 형태는 문맥상 분명하게 달리 표시되지 않는 한 복수 형태 역시 포함하고자 하는 것이다. 또한, "포함한", "포함하다", "가지는(having)", "가지다", "가지는(with)"이라는 용어 또는 이들의 변형이 상세한 설명 및/또는 청구범위 중 어느 하나에서 사용되는 한, 그와 같은 용어들은 "포함하는(comprising)"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도된다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Furthermore, to the extent that the terms "including," "including," "having," "having," "with," or variations thereof are used in either the description and/or the claims, such terms are intended to be inclusive in a manner similar to the term "comprising."
본원에서 달리 표시되지 않는 한, 값 범위에 대한 언급은 본원에서 단지 그 범위에 속하는 각 별도 값을 개별적으로 언급하는 것의 약기 방법으로 사용하고자 하는 것으로써, 각 별도 값은 그것이 본원에서 개별적으로 언급된 것처럼 명세서에 개재된다. 본원에서 제공되는 어떠한 모든 예 또는 대표적인 언어(예컨대 "~와 같은")의 사용도 단순히 본 발명을 더 잘 조명하고자 하는 것으로, 달리 주장되지 않는 한 본 발명의 영역에 제한을 두는 것은 아니다. 명세서 중 언어가 임의의 비-주장 요소를 본 발명의 실시에 필수적이라고 표시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Unless otherwise indicated herein, references to ranges of values are merely intended to serve as a shorthand method of referring individually to each separate value falling within the range, and each separate value is incorporated into the specification as if it were individually recited herein. The use of any and all examples or representative language (e.g., “such as”) provided herein is intended merely to better illuminate the invention and does not pose a limitation on the scope of the invention unless otherwise claimed. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element as essential to the practice of the invention.
중간엽 줄기세포 스페로이드를 구성하고 있는 세포의 미세환경은 스페로이드의 크기에 영향을 받는다. 직경이 커질수록 스페로이드 중심부는 영양분과 산소 공급이 제한되고, 이러한 미세환경의 차이는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 유전자 발현 변화를 유도하게 된다.The microenvironment of cells that compose mesenchymal stem cell spheroids is affected by the size of the spheroids. As the diameter increases, the supply of nutrients and oxygen to the center of the spheroid becomes limited, and this difference in the microenvironment induces changes in gene expression of mesenchymal stem cell spheroids.
이에, 본 발명의 발명자들은 일정 범위의 균일한 직경을 갖는 지방조직 유래 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제조하였으며, 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 이를 포함하는 조성물이 콜라겐 타입 I(Collagen type I, ColI), 피브로넥틴(Fibronectin, FN1), 히알루론산(Hyaluronic acid, HA), 엘라스틴(Elastin, EL), 글리코사미노글리칸(Glycosaminoglycan, GAG), 테나신(Tenascin, TNC), 및 프로테오글리칸(Proteoglycan-4, PRG4)의 발현량 또는 생성능이 우수하고, 피부 볼륨을 유지하는 효과가 우수함을 확인하였다.Accordingly, the inventors of the present invention prepared adipose tissue-derived mesenchymal stem cell spheroids having a uniform diameter within a certain range, and confirmed that the prepared mesenchymal stem cell spheroids and a composition containing the same have excellent expression amounts or production abilities of collagen type I (ColI), fibronectin (FN1), hyaluronic acid (HA), elastin (EL), glycosaminoglycan (GAG), tenascin (TNC), and proteoglycan-4 (PRG4), and have an excellent effect in maintaining skin volume.
본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드는 중간엽 줄기세포(MSC)를 2차원으로 배양한 후 3차원 배양 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 구체적인 중간엽 줄기세포 스페로이드의 제조방법, 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 이를 포함하는 조성물에 대해 아래에서 구체적으로 설명하도록 한다.The mesenchymal stem cell spheroid of the present invention can be produced by culturing mesenchymal stem cells (MSCs) in two dimensions and then using a three-dimensional culture technique. A specific method for producing mesenchymal stem cell spheroids, the produced mesenchymal stem cell spheroids, and a composition containing the same will be specifically described below.
중간엽 줄기세포 스페로이드의 제조방법Method for producing mesenchymal stem cell spheroids
본 발명은 균일한 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제조하기 위해, (a) 중간엽 줄기세포를 3차원 배양하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 스페로이드형 세포집합체에서 10 μm 내지 300 μm의 평균 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드 분리하는 단계;를 포함하는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing mesenchymal stem cell spheroids, comprising the steps of: (a) producing spheroid-shaped cell aggregates by three-dimensionally culturing mesenchymal stem cells; and (b) isolating mesenchymal stem cell spheroids having an average diameter of 10 μm to 300 μm from the spheroid-shaped cell aggregates, to produce mesenchymal stem cell spheroids having a uniform diameter.
본 발명에서, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 세포외기질 및 성장인자가 풍부하고 균일하며 직경이 제어된 중간엽 줄기세포 스페로이드는 MiB (Microblock, 마이크로블록)이라고 명명하기도 한다.In the present invention, the mesenchymal stem cell spheroids rich in extracellular matrix and growth factors, uniform in size and having a controlled diameter, manufactured according to the manufacturing method of the present invention are also named MiB (Microblock).
본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 제조 방법은 (a) 중간엽 줄기세포를 3차원 배양하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계를 포함한다. The method for producing a mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention comprises the step of (a) producing a spherical spheroid-shaped cell aggregate by culturing mesenchymal stem cells in three dimensions.
일 실시예에서, 단계 (a) 이전에, 중간엽 줄기세포(MSC)를 분리해 낸 후, 2차원으로 배양하는 단계를 더 수행할 수 있다.In one embodiment, prior to step (a), a step of isolating mesenchymal stem cells (MSCs) and then culturing them in two dimensions may be further performed.
상기 "2차원 배양"은 세포를 세포 배양 플라스크 또는 평평한 페트리 디쉬 등 모든 종류의 배양용기에서 단층으로 배양하는 것을 의미한다.The above "two-dimensional culture" means culturing cells in a monolayer in any type of culture vessel, such as a cell culture flask or flat petri dish.
상기 "3차원 배양"은 세포가 자신을 둘러싸는 3차원 모두와 상호작용하면서 배양되는 것으로, 세포가 모든 방향으로 성장할 수 있는 특징을 가진다.The above "3D culture" is a culture in which cells interact with all three dimensions surrounding them, and has the characteristic of allowing cells to grow in all directions.
상기 "중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)"는 10 μm 내지 300 μm의 균일한 직경을 갖는 단위 스페로이드를 의미하며, 세포의 자기조립 형태이다.The above "mesenchymal stem cell spheroid (MiB)" refers to a unit spheroid having a uniform diameter of 10 μm to 300 μm and is a self-assembled form of cells.
본 발명에 있어서, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드는 중간엽 줄기세포를 배양하여 제조된 3차원 세포 집합체로, 세포들이 해리되어 있지 않고 뭉쳐져 3차원 세포 조직 형태로 존재하는 것을 말한다. In the present invention, the mesenchymal stem cell spheroid is a three-dimensional cell aggregate manufactured by culturing mesenchymal stem cells, in which the cells are not dissociated but rather clumped together to exist in the form of a three-dimensional cell tissue.
중간엽 줄기세포의 3차원 세포 집합체는 지방 유래 중간엽 줄기세포, 골수 유래 중간엽 줄기세포, 제대혈 유래 중간엽 줄기세포, 탯줄 유래 중간엽 줄기세포 및 말초혈액 유래 중간엽 줄기세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 중간엽 줄기세포의 3차원 세포 집합체일 수 있다. 보다 바람직하게 지방 유래 중간엽 줄기세포의 3차원 세포 집합체이다. The three-dimensional cell aggregate of mesenchymal stem cells may be a three-dimensional cell aggregate of any one mesenchymal stem cell selected from the group consisting of adipose-derived mesenchymal stem cells, bone marrow-derived mesenchymal stem cells, cord blood-derived mesenchymal stem cells, umbilical cord-derived mesenchymal stem cells, and peripheral blood-derived mesenchymal stem cells. More preferably, it is a three-dimensional cell aggregate of adipose-derived mesenchymal stem cells.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드는 성체 줄기세포를 배양하여 얻어질 수 있으며, 상기 성체 줄기세포는 시판되는 줄기세포 또는 생체 조직으로부터 분리된 것을 모두 이용할 수 있다.The above mesenchymal stem cell spheroid can be obtained by culturing adult stem cells, and the adult stem cells can be any commercially available stem cells or those isolated from living tissue.
본 발명에 있어서, 상기 단계 (a)에서 중간엽 줄기세포는 지방 유래 중간엽 줄기세포, 골수 유래 중간엽 줄기세포, 제대혈 유래 중간엽 줄기세포, 탯줄 유래 중간엽 줄기세포 및 말초혈액 유래 중간엽 줄기세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는 지방 유래 중간엽 줄기세포일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 인간 지방 유래 중간엽 줄기세포일 수 있다.In the present invention, in the step (a), the mesenchymal stem cell may be at least one selected from the group consisting of adipose-derived mesenchymal stem cells, bone marrow-derived mesenchymal stem cells, cord blood-derived mesenchymal stem cells, umbilical cord-derived mesenchymal stem cells, and peripheral blood-derived mesenchymal stem cells. Preferably, it may be an adipose-derived mesenchymal stem cell, and more preferably, it may be a human adipose-derived mesenchymal stem cell.
상기 단계 (a)에서 중간엽 줄기세포는 CD29, CD44, CD73, CD90 및 CD105로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 마커에 대해 적어도 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 이상으로 양성으로 발현할 수 있다.In the above step (a), the mesenchymal stem cells can positively express at least 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more of any one or more markers selected from the group consisting of CD29, CD44, CD73, CD90 and CD105.
상기 단계 (a)에서 중간엽 줄기세포는 중간엽 줄기세포 스페로이드는 CD31, CD45, CD79a, CD117 및 HLA-DR로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 마커에 대해 적어도 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% 또는 그 이하로 음성으로 발현할 수 있다.In the step (a), the mesenchymal stem cells can express at least 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% or less of any one or more markers selected from the group consisting of CD31, CD45, CD79a, CD117 and HLA-DR.
상기 단계 (a)에서 중간엽 줄기세포는 CD29, CD44, CD73, CD90 및 CD105를 적어도 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 이상으로 양성으로 발현하고, CD31, CD45, CD79a, CD117 및 HLA-DR를 적어도 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% 또는 그 이하로 음성으로 발현할 수 있다.In the above step (a), the mesenchymal stem cells can positively express CD29, CD44, CD73, CD90, and CD105 by at least 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% or more, and negatively express CD31, CD45, CD79a, CD117, and HLA-DR by at least 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% or less.
상기 단계 (a)에서 중간엽 줄기세포는 CD29, CD44, CD73, CD90 및 CD105를 적어도 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 이상으로 양성으로 발현하거나, CD31, CD45, CD79a, CD117 및 HLA-DR를 적어도 2%, 1.5%, 1% 또는 그 이하로 음성으로 발현할 수 있다.In the above step (a), the mesenchymal stem cells can positively express CD29, CD44, CD73, CD90 and CD105 at least 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more, or negatively express CD31, CD45, CD79a, CD117 and HLA-DR at least 2%, 1.5%, 1% or less.
상기 단계 (a) 이전에, 중간엽 줄기세포를 포함하는 유래 조직을 트립신(Trypsin), 콜라게나아제(Collagenase), 파파인(Papain) 또는 엘라스타아제(Elastase) 등의 단백질 분해효소로 처리하여 중간엽 줄기세포를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.Prior to the above step (a), a step of isolating mesenchymal stem cells by treating the derived tissue containing mesenchymal stem cells with a protein-decomposing enzyme such as trypsin, collagenase, papain, or elastase may be further included.
상기 단계 (a)에서 중간엽 줄기세포가 자가조립하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 형성할 수 있다.In the above step (a), mesenchymal stem cells can self-assemble to form spheroid-shaped cell aggregates.
본 발명에 있어서, (a) 상기 중간엽 줄기세포를 3차원 배양하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계는 웰당 50 내지 5,000개의 중간엽 줄기세포를 처리할 수 있으며, 예를 들어, 하한은 50개 이상, 60개 이상, 70개 이상, 80개 이상, 90개 이상, 100개 이상, 150개 이상, 180개 이상, 200개 이상, 250개 이상, 300개 이상, 350개 이상, 또는 40개 이상일 수 있으며, 상한은 4,500개 이하, 4,000개 이하, 3,500개 이하, 3,000개 이하, 2,500개 이하, 2,000개 이하, 1,500개 이하, 1,000개 이하, 800개 이하, 750개 이하, 700개 이하, 650개 이하, 또는 600개 이하의 중간엽 줄기세포를 처리할 수 있다.In the present invention, (a) the step of producing a spheroid-shaped cell aggregate by culturing the mesenchymal stem cells in three dimensions can process 50 to 5,000 mesenchymal stem cells per well, for example, the lower limit may be 50 or more, 60 or more, 70 or more, 80 or more, 90 or more, 100 or more, 150 or more, 180 or more, 200 or more, 250 or more, 300 or more, 350 or more, or 40 or more, and the upper limit may be 4,500 or less, 4,000 or less, 3,500 or less, 3,000 or less, 2,500 or less, 2,000 or less, 1,500 or less, 1,000 or less, 800 or less, 750 or less, or 700. Below, 650 or less, or 600 or less mesenchymal stem cells can be processed.
50개 미만의 중간엽 줄기세포를 처리하면 목적하는 중간엽 줄기세포 스페로이드가 잘 생성되지 않으며, 목적하는 크기를 충분히 달성하지 못하며 세포외기질 등 스페로이드 형성에 따른 분비 인자 등이 충분히 발현되지 않는다. 5,000개 초과의 중간엽 줄기세포를 처리하는 경우 세포수가 많아서 중간엽 줄기세포 스페로이드 내부에 세포 괴사 등이 일어나거나, 목적하는 균일한 크기의 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 형성하기 어려운 문제점이 있을 수 있다. When less than 50 mesenchymal stem cells are processed, the desired mesenchymal stem cell spheroids are not formed well, the desired size is not sufficiently achieved, and secreted factors such as extracellular matrix, which are required for spheroid formation, are not sufficiently expressed. When more than 5,000 mesenchymal stem cells are processed, there may be a problem in that cell necrosis, etc. may occur inside the mesenchymal stem cell spheroids due to the large number of cells, or it may be difficult to form mesenchymal stem cell spheroids having the desired uniform diameter.
3차원 배양시, 웰당 50 내지 5,000개의 중간엽 줄기세포, 바람직하게 웰당 100 내지 3,000개, 보다 바람직하게는 웰당 150 내지 2,000개, 보다 더 바람직하게는 웰당 200 내지 800개의 줄기세포는 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)을 다량 함유하며, 장기간 중간엽 줄기세포를 포함하는 스페로이드의 기능이 유지될 수 있으며, 높은 VEGF-A 및 HGF 함량을 유지할 수 있는 균일한 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 형성할 수 있다. 특히, 중간엽 줄기세포의 특정 범위의 웰당 개수로부터 제조된 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드는 목적하는 범위의 균일한 직경을 가짐으로써, 피부재생용 필러 조성물, 피부 상처 또는 필러 치료제 등으로 적합하게 활용될 수 있다. In three-dimensional culture, 50 to 5,000 mesenchymal stem cells per well, preferably 100 to 3,000 mesenchymal stem cells per well, more preferably 150 to 2,000 mesenchymal stem cells per well, and even more preferably 200 to 800 mesenchymal stem cells per well contain a large amount of extracellular matrix (ECM), and the function of the spheroid including the mesenchymal stem cells can be maintained for a long period of time, and mesenchymal stem cell spheroids having a uniform diameter capable of maintaining high VEGF-A and HGF contents can be formed. In particular, the mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention manufactured from a specific range of mesenchymal stem cells per well have a uniform diameter in a desired range, and thus can be suitably utilized as a filler composition for skin regeneration, a skin wound or filler treatment, etc.
또한, 상기 (a) 중간엽 줄기세포를 3차원 배양하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계는, 중간엽 줄기세포를 원심분리하여 세포집합체를 형성하는 단계를 포함한다. In addition, the step of (a) culturing mesenchymal stem cells in three dimensions to produce a spherical spheroid-shaped cell aggregate includes a step of forming a cell aggregate by centrifuging mesenchymal stem cells.
보다 구체적으로, 중간엽 줄기세포의 3차원 배양시 원심분리 처리는 세포들을 조밀한 구형의 구조를 형성할 수 있게 한다. 특히, 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드는 세포간 응집 형태가 중요하기 때문에, 원심분리를 통해 세포간 응집을 달성하고 균일한 구형을 가지면서, 일정 수준 이상의 단단함을 유지하게 한다. More specifically, centrifugation treatment during three-dimensional culture of mesenchymal stem cells enables the cells to form a dense spherical structure. In particular, since the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention has an important cell-to-cell aggregation form, centrifugation is used to achieve cell-to-cell aggregation and maintain a uniform spherical shape while maintaining a certain level of hardness or higher.
또한, 일 실시예에 있어서, 상기 원심분리 수행시, 원심분리의 가속도는 100 내지 1,000 xg, 바람직하게는 200 내지 800 xg, 더 바람직하게는 300 내지 600 xg의 조건 하에 1 내지 10분, 바람직하게는 2 내지 8분 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 원심분리는 0 내지 10℃, 바람직하게는 2 내지 8℃, 더 바람직하게는 4℃ 내외에서 수행할 수 있다.In addition, in one embodiment, when performing the centrifugation, it is preferable that the centrifugation be performed under conditions of an acceleration of 100 to 1,000 xg, preferably 200 to 800 xg, and more preferably 300 to 600 xg for 1 to 10 minutes, preferably 2 to 8 minutes. In addition, the centrifugation can be performed at 0 to 10°C, preferably 2 to 8°C, and more preferably around 4°C.
이에 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포를 3차원 배양하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계는, 50 내지 5,000개의 중간엽 줄기세포를 100 내지 1,000 xg로 원심분리하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하여 배양하는 단계를 포함한다. Accordingly, the step of producing a spherical spheroid-shaped cell aggregate by culturing mesenchymal stem cells in three dimensions according to the present invention includes the step of producing a spherical spheroid-shaped cell aggregate by centrifuging 50 to 5,000 mesenchymal stem cells at 100 to 1,000 xg and culturing the same.
보다 구체적으로, 50 내지 5,000개의 중간엽 줄기세포를 100 내지 1,000 xg로 원심분리하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계; 및 구형의 스페로이드형 세포집합체를 1 내지 8일간 배양 배지 하에 배양하는 단계;를 포함한다. 상기 구형의 스페로이드형 세포집합체는 바람직하게는 1 내지 5일간 배양 배지하에서 배양할 수 있다.More specifically, the method comprises the steps of: centrifuging 50 to 5,000 mesenchymal stem cells at 100 to 1,000 xg to prepare spherical spheroid-shaped cell aggregates; and culturing the spherical spheroid-shaped cell aggregates under a culture medium for 1 to 8 days. The spherical spheroid-shaped cell aggregates can preferably be cultured under a culture medium for 1 to 5 days.
보다 더 구체적으로, 100 내지 3,000개의 중간엽 줄기세포를 300 내지 600 xg로 원심분리하여 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계; 및 구형의 스페로이드형 세포집합체를 1 내지 8일간 배양 배지 하에 배양하는 단계;를 포함한다. 상기 구형의 스페로이드형 세포집합체는 바람직하게는 1 내지 5일간 배양 배지하에서 배양할 수 있다.More specifically, the method comprises the steps of: centrifuging 100 to 3,000 mesenchymal stem cells at 300 to 600 xg to prepare spherical spheroid-shaped cell aggregates; and culturing the spherical spheroid-shaped cell aggregates under a culture medium for 1 to 8 days. The spherical spheroid-shaped cell aggregates can preferably be cultured under a culture medium for 1 to 5 days.
일 실시예에서, 상기 구형의 스페로이드형 세포집합체를 제조하는 단계의 상기 중간엽 줄기세포는 하한이 60개 이상, 70개 이상, 80개 이상, 90개 이상, 100개 이상, 150개 이상, 180개 이상, 200개 이상, 250개 이상, 300개 이상, 350개 이상, 또는 400개 이상일 수 있으며, 상한이 4,500개 이하, 4,000개 이하, 3,500개 이하, 3,000개 이하, 2,500개 이하, 2,000개 이하, 1,500개 이하, 1,000개 이하, 800개 이하, 750개 이하, 700개 이하, 650개 이하, 또는 600개 일 수 있다.In one embodiment, the number of mesenchymal stem cells in the step of manufacturing the spheroid-shaped cell aggregate of the above-mentioned sphere may be a lower limit of 60 or more, 70 or more, 80 or more, 90 or more, 100 or more, 150 or more, 180 or more, 200 or more, 250 or more, 300 or more, 350 or more, or 400 or more, and an upper limit may be 4,500 or less, 4,000 or less, 3,500 or less, 3,000 or less, 2,500 or less, 2,000 or less, 1,500 or less, 1,000 or less, 800 or less, 750 or less, 700 or less, 650 or less, or 600.
본 발명에 따라 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드 1개에 포함된 중간엽 줄기세포의 수는 200 내지 800 cells일 수 있으며, 바람직하게는 250 내지 750 cells, 더 바람직하게는 300 내지 700 cells, 보다 더 바람직하게는 400 내지 600 cells의 중간엽 줄기세포를 포함할 수 있다.The number of mesenchymal stem cells contained in one mesenchymal stem cell spheroid manufactured according to the present invention may be 200 to 800 cells, preferably 250 to 750 cells, more preferably 300 to 700 cells, and even more preferably 400 to 600 cells of mesenchymal stem cells.
본 명세서에서 용어 "배양 배지"는 시험관 내(in vitro)에서 세포의 성장 및 생존을 지지할 수 있게 하는 물질을 의미한다.The term “culture medium” as used herein refers to a substance capable of supporting the growth and survival of cells in vitro .
상기 배지는 DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM (Minimal Essential Medium), BME (Basal Medium Eagle), RPMI 1640, F-10, F-12, DMEM/F12, α-MEM (α-Minimal Essential Medium), G-MEM (Glasgow's Minimal Essential Medium), IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium), MacCoy's 5A 배지, AmnioMax complete 배지, AminoMax ± complete 배지, EBM (Endothelial Basal Medium) 배지, Chang's Medium, MesenCult-XF, DMEM/HG (Dulbecco's Modified Eagle's Medium high glucose)배지, 또는 MCDB+DMEM/LG (MCDB+Dulbecco's Modified Eagle's Medium low glucose)등을 포함할 수 있으며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.The above medium may include, but is not particularly limited to, DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium), MEM (Minimal Essential Medium), BME (Basal Medium Eagle), RPMI 1640, F-10, F-12, DMEM/F12, α-MEM (α-Minimal Essential Medium), G-MEM (Glasgow's Minimal Essential Medium), IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium), MacCoy's 5A medium, AmnioMax complete medium, AminoMax ± complete medium, EBM (Endothelial Basal Medium) medium, Chang's Medium, MesenCult-XF, DMEM/HG (Dulbecco's Modified Eagle's Medium high glucose) medium, or MCDB+DMEM/LG (MCDB+Dulbecco's Modified Eagle's Medium low glucose).
또한, 상기 배지는 박테리아, 곰팡이 등의 감염을 막기 위해 항생제, 항진균제 및/또는 마이코플라스마의 성장을 예방하는 해당 업계에서 일반적으로 사용하는 물질을 포함할 수 있다.Additionally, the badge may contain antibiotics, antifungals and/or substances commonly used in the industry to prevent infection by bacteria, fungi and/or to prevent the growth of mycoplasma.
구체적으로 상기 배지는 페니실린(Penicillin), 스트렙토마이신 (Streptomycin) 또는 겐타마이신(Gentamicin) 등의 항생제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 페니실린 및 스트렙토마이신을 조합한 항생제를 사용할 수 있다.Specifically, the medium may contain an antibiotic such as penicillin, streptomycin or gentamicin, and preferably, an antibiotic comprising a combination of penicillin and streptomycin may be used.
또한, 상기 배지는 항진균제로 알포레리신 B, 마이코플라즈마 억제제로는 젠타마이신, 시프로플로사신, 아지트로마이신 등의 일반적으로 사용하는 물질을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.In addition, the above-mentioned badge can use commonly used substances such as alporelycin B as an antifungal agent, and gentamicin, ciprofloxacin, and azithromycin as mycoplasma inhibitors, but is not limited thereto.
또한, 상기 배지는 소 태아, 송아지, 말, 양, 돼지, 개, 염소 등의 동물에서 분리한 혈청을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 우태아 혈청(Fetal bovine serum, FBS) 및/또는 말 혈청(Horse serum, HS) 등을 포함할 수 있다. 배지에 포함된 FBS 및/또는 HS의 함량은 2% 내지 20%일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 배지는 5%, 10%, 15%, 또는 20%의 FBS를 포함할 수 있고, 바람직하게는 10%의 FBS를 포함할 수 있다. 여기서 %는 v/v%를 의미한다.In addition, the medium may contain serum isolated from animals such as fetal bovine, calf, horse, sheep, pig, dog, and goat, and preferably may contain fetal bovine serum (FBS) and/or horse serum (HS). The content of FBS and/or HS contained in the medium may be 2% to 20%. The medium according to one embodiment of the present invention may contain 5%, 10%, 15%, or 20% FBS, and preferably 10% FBS. Here, % means v/v%.
본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제조하는 방법은, (b) 상기 스페로이드형 세포집합체에서 10 μm 내지 300 μm의 평균 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드 분리하는 단계를 포함한다.A method for producing a mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention comprises the step of (b) isolating a mesenchymal stem cell spheroid having an average diameter of 10 μm to 300 μm from the spheroid-shaped cell aggregate.
중간엽 줄기세포 스페로이드는 스페로이드의 크기, 스페로이드를 구성하는 세포의 수 등에 의하여 상이한 특성을 나타낼 수 있다. 이에 본 발명에서는 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)을 다량 함유하며, 장기간 중간엽 줄기세포를 포함하는 스페로이드의 기능이 유지될 수 있으며, 높은 VEGF-A 및 HGF 등의 성장인자 함량을 나타낼 수 있는 스페로이드를 구별하고자 10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 분리한다.Mesenchymal stem cell spheroids can exhibit different characteristics depending on the size of the spheroid, the number of cells constituting the spheroid, etc. Accordingly, in the present invention, spheroids that contain a large amount of extracellular matrix (ECM), can maintain the function of spheroids including mesenchymal stem cells for a long period of time, and can exhibit high content of growth factors such as VEGF-A and HGF are separated into mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 μm to 300 μm.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제조하기 위하여, 제조된 세포집합체를 300 μm 이하의 직경을 가지는 셀 스트레이너(Cell strainer)에 통과시킬 수 있다. 이를 통해 협잡물이 효율적으로 제거되면서, 목적하는 10 μm 내지 300 μm의 중간엽 줄기세포 스페로이드가 분리된다.More specifically, the method according to the present invention can pass the produced cell aggregate through a cell strainer having a diameter of 300 μm or less to produce mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 μm to 300 μm. As a result, impurities are efficiently removed, and the desired mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 μm to 300 μm are separated.
이에 본 발명의 (b) 상기 스페로이드형 세포집합체에서 10 μm 내지 300 μm의 평균 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드 분리하는 단계는, 단계 (a)에서 제조된 구형의 스페로이드형 세포집합체를 300 μm 이하의 직경을 가지는 셀 스트레이너를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. Accordingly, the step of isolating mesenchymal stem cell spheroids having an average diameter of 10 μm to 300 μm from the spheroid-shaped cell aggregates of the present invention (b) may include a step of passing the spherical spheroid-shaped cell aggregates produced in step (a) through a cell strainer having a diameter of 300 μm or less.
구체적으로, 상기 10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 직경은, 바람직하게는 20 내지 280 μm, 더 바람직하게는 30 내지 260 μm, 더욱 더 바람직하게는 40 내지 240 μm, 보다 더욱 바람직하게는 50 내지 200 μm, 가장 바람직하게 60 내지 180 μm일 수 있다.Specifically, the diameter of the mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 μm to 300 μm may be preferably 20 to 280 μm, more preferably 30 to 260 μm, still more preferably 40 to 240 μm, still more preferably 50 to 200 μm, and most preferably 60 to 180 μm.
중간엽 줄기세포 스페로이드를 구성하고 있는 세포의 미세환경은 스페로이드의 크기에 영향을 받는다. 따라서, 직경이 300 μm 이상인 경우 스페로이드 중심부는 영양분과 산소 공급이 제한되고, 이러한 미세환경의 차이는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 유전자 발현 변화를 유도하는 문제가 있다.The microenvironment of cells that compose mesenchymal stem cell spheroids is affected by the size of the spheroids. Therefore, when the diameter is 300 μm or more, the center of the spheroid has limited nutrient and oxygen supply, and this difference in microenvironment induces a problem of gene expression changes in the mesenchymal stem cell spheroids.
필요에 따라, 일정 크기 이상의 직경을 가지는 스트레이너를 추가로 더 포함함으로서 10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 직경을 가지는 세포를 보다 더 순도 높게 확보할 수 있다. If necessary, by additionally including a strainer having a diameter larger than a certain size, cells having a diameter of mesenchymal stem cell spheroids of 10 μm to 300 μm can be secured with higher purity.
이에 따라, (b) 균일한 직경을 갖는 세포집합체를 분리하여 10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제조하는 단계는 (a) 단계에서 제조된 구형의 스페로이드형 세포집합체를 상부에 300 μm 이하의 직경을 가지는 스트레이너와 하부에 10 μm 이상의 직경을 가지는 스트레이너를 함께 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 이를 통하여 목적하는 10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제조할 수 있다. Accordingly, (b) the step of isolating cell aggregates having a uniform diameter and producing mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 μm to 300 μm may include a step of passing the spherical spheroid-shaped cell aggregates produced in step (a) through a strainer having a diameter of 300 μm or less at the upper portion and a strainer having a diameter of 10 μm or more at the lower portion together. Through this, mesenchymal stem cell spheroids having a target diameter of 10 μm to 300 μm can be produced.
상기 상부의 300 μm 이하의 직경을 가지는 스트레이너는 예를 들어 290 μm 이하, 280 μm 이하, 270 μm 이하, 또는 260 μm 이하의 직경을 가지는 스트레이너일 수 있으며, 바람직하게는 300 μm 미만의 직경을 가지는 스트레이너일 수 있다. 또한, 상기 하부의 10 μm 이상의 직경을 가지는 스트레이너는 예를 들어, 20 μm 이상, 30 μm 이상, 40 μm 이상, 50 μm 이상, 60 μm 이상, 또는 70 μm 이상의 직경을 가지는 스트레이너일 수 있다.The strainer having a diameter of 300 μm or less in the upper part may be, for example, a strainer having a diameter of 290 μm or less, 280 μm or less, 270 μm or less, or 260 μm or less, and preferably may be a strainer having a diameter of less than 300 μm. In addition, the strainer having a diameter of 10 μm or more in the lower part may be, for example, a strainer having a diameter of 20 μm or more, 30 μm or more, 40 μm or more, 50 μm or more, 60 μm or more, or 70 μm or more.
이에 따라 상기 제조 공정을 거쳐 제조된 본 발명에 따른 평균 직경이 10 μm 내지 300 μm인 중간엽 줄기세포 스페로이드는 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)을 다량 함유하며, 높은 ECM 유전자 발현을 나타내며, 장기간 중간엽 줄기세포를 포함하는 스페로이드의 기능이 유지될 수 있으며, 성장인자 (Growth factor)의 높은 유전자 발현을 나타내며 특히 VEGF-A 및 HGF의 높은 함량을 유지한다. Accordingly, the mesenchymal stem cell spheroids having an average diameter of 10 μm to 300 μm manufactured through the above manufacturing process according to the present invention contain a large amount of extracellular matrix (ECM), exhibit high ECM gene expression, and the function of the spheroids including mesenchymal stem cells can be maintained for a long period of time. In addition, they exhibit high gene expression of growth factors, and in particular, maintain high contents of VEGF-A and HGF.
본 발명에 있어서, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 습윤 중량(Wet weight)이 1 내지 6 μg일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 5 μg일 수 있으며, 더 바람직하게는 2.5 내지 4 μg일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 3.19±0.5 μg일 수 있다. 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 습윤 중량은 중간엽 줄기세포 스페로이드 1개의 습윤 중량에 관한 것이다.In the present invention, the wet weight of the mesenchymal stem cell spheroid may be 1 to 6 μg, preferably 2 to 5 μg, more preferably 2.5 to 4 μg, and even more preferably 3.19±0.5 μg. The wet weight of the mesenchymal stem cell spheroid relates to the wet weight of one mesenchymal stem cell spheroid.
본 발명에 있어서, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 건조 중량(Dry weight)이 250 내지 500 ng일 수 있으며, 바람직하게는 280 내지 450 ng일 수 있으며, 더 바람직하게는 300 내지 400 ng일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 303 내지 370 ng일 수 있다. 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 건조 중량은 중간엽 줄기세포 스페로이드 1개의 건조 중량에 관한 것이다.In the present invention, the dry weight of the mesenchymal stem cell spheroid may be 250 to 500 ng, preferably 280 to 450 ng, more preferably 300 to 400 ng, and even more preferably 303 to 370 ng. The dry weight of the mesenchymal stem cell spheroid refers to the dry weight of one mesenchymal stem cell spheroid.
본 발명에 따라 제조된 10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드는 중간엽 줄기세포(MSC) 및 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 세포외 기질은 콜라겐(Collagen), 피브로넥틴(Fibronectin), 히알루론산(Hyaluronic acid, HA), 엘라스틴(Elastin, EL) 및 글리코사미노글리칸(Glycosaminoglycan, GAG)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 다량 함유할 수 있다. 바람직하게는 상기 콜라겐은 1형 콜라겐일 수 있다.The mesenchymal stem cell spheroid having a diameter of 10 μm to 300 μm manufactured according to the present invention may include mesenchymal stem cells (MSCs) and an extracellular matrix (ECM). Specifically, the extracellular matrix may contain a large amount of at least one selected from the group consisting of collagen, fibronectin, hyaluronic acid (HA), elastin (EL), and glycosaminoglycan (GAG). Preferably, the collagen may be
보다 구체적으로, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드는 콜라겐(Collagen), 피브로넥틴(Fibronectin), 히알루론산(Hyaluronic acid, HA), 엘라스틴(Elastin, EL) 및 글리코사미노글리칸(Glycosaminoglycan, GAG)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 단일 중간엽 줄기세포 혹은 dermal fibroblast 등과 대비하여 높게 발현하는 것일 수 있다.More specifically, the mesenchymal stem cell spheroid may highly express any one or more selected from the group consisting of collagen, fibronectin, hyaluronic acid (HA), elastin (EL), and glycosaminoglycan (GAG), compared to a single mesenchymal stem cell or dermal fibroblast.
본 발명에 있어서, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드는 섬유아세포성장인자(Fibroblast growth factor 2, FGF2), 혈소판유래성장인자(Platelet-derived growth factor subunit A, PDGFA), 혈관내피성장인자 A(Vascular endothelial growth factor A, VEGFA), 간세포성장인자(Hepatocyte growth factor, HGF), 및 인슐린유사성장인자 1(Insulin-like growth factor 1, IGF-1)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 발현이 증가된 것일 수 있다. In the present invention, the mesenchymal stem cell spheroid may have increased expression of at least one selected from the group consisting of fibroblast growth factor 2 (FGF2), platelet-derived growth factor subunit A (PDGFA), vascular endothelial growth factor A (VEGFA), hepatocyte growth factor (HGF), and insulin-like growth factor 1 (IGF-1).
바람직하게는 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드는 혈관내피성장인자 A(Vascular endothelial growth factor A, VEGFA), 간세포성장인자(Hepatocyte growth factor, HGF) 또는 이들 모두의 발현이 증가된 것일 수 있다. Preferably, the mesenchymal stem cell spheroid may have increased expression of vascular endothelial growth factor A (VEGFA), hepatocyte growth factor (HGF), or both.
또한 바람직하게는 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드는 섬유아세포성장인자(Fibroblast growth factor 2, FGF2) 또는 혈소판유래성장인자(Platelet-derived growth factor subunit A, PDGFA)의 발현이 유지되는 것일 수 있다.In addition, preferably, the mesenchymal stem cell spheroid may maintain the expression of fibroblast growth factor 2 (FGF2) or platelet-derived growth factor subunit A (PDGFA).
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드는 혈관내피성장인자 A(Vascular endothelial growth factor A, VEGFA), 간세포성장인자(Hepatocyte growth factor, HGF), 및 인슐린유사성장인자 1(Insulin-like growth factor 1, IGF-1)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 발현이 중간엽 줄기세포 혹은 dermal fibroblast 등과 대비하여 높게 발현하는 것일 수 있다. More specifically, the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention may have a higher expression of any one or more factors selected from the group consisting of vascular endothelial growth factor A (VEGFA), hepatocyte growth factor (HGF), and insulin-like growth factor 1 (IGF-1) compared to mesenchymal stem cells or dermal fibroblasts.
또한, 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드는 섬유아세포성장인자(Fibroblast growth factor 2, FGF2) 또는 혈소판유래성장인자(Platelet-derived growth factor subunit A, PDGFA)의 발현이 중간엽 줄기세포 혹은 dermal fibroblast 등과 동등한 수준으로 발현하는 것일 수 있다.In addition, the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention may express fibroblast growth factor 2 (FGF2) or platelet-derived growth factor subunit A (PDGFA) at a level equivalent to that of mesenchymal stem cells or dermal fibroblasts.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 내 포함된 중간엽 줄기세포는 CD29, CD44, CD73, CD90 및 CD105로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 마커에 대해 적어도 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 이상으로 양성으로 발현할 수 있다.The mesenchymal stem cells contained in the above mesenchymal stem cell spheroid can positively express at least 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more of any one or more markers selected from the group consisting of CD29, CD44, CD73, CD90 and CD105.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 내 포함된 중간엽 줄기세포는 CD31, CD45, CD79a, CD117 및 HLA-DR로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 마커에 대해 적어도 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% 또는 그 이하로 음성으로 발현할 수 있다.The mesenchymal stem cells contained in the above mesenchymal stem cell spheroid can negatively express at least 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% or less for any one or more markers selected from the group consisting of CD31, CD45, CD79a, CD117 and HLA-DR.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 내 포함된 중간엽 줄기세포는 CD29, CD44, CD73, CD90 및 CD105를 적어도 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 이상으로 양성으로 발현하고, CD31, CD45, CD79a, CD117 및 HLA-DR를 적어도 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% 또는 그 이하로 음성으로 발현할 수 있다.The mesenchymal stem cells included in the above mesenchymal stem cell spheroid can positively express CD29, CD44, CD73, CD90 and CD105 by at least 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more, and negatively express CD31, CD45, CD79a, CD117 and HLA-DR by at least 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 3%, 2% or less.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 내 포함된 중간엽 줄기세포는 CD29, CD44, CD73, CD90 및 CD105를 적어도 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 이상으로 양성으로 발현하거나, CD31, CD45, CD79a, CD117 및 HLA-DR를 적어도 2%, 1.5%, 1% 또는 그 이하로 음성으로 발현할 수 있다.The mesenchymal stem cells included in the above mesenchymal stem cell spheroid can positively express CD29, CD44, CD73, CD90 and CD105 at least 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more, or negatively express CD31, CD45, CD79a, CD117 and HLA-DR at least 2%, 1.5%, 1% or less.
본 발명의 방법으로 제조된 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드는 테나신(Tenascin, TNC), 피브로넥틴(Fibronectin, FN1), 프로테오글리칸 (Proteoglycan-4, PRG4), COL5A3 (Collagen Type V Alpha 3 Chain), COL7A1 (Collagen Type VII Alpha 1 Chain), EVPL (Envoplakin), EFEMP2 (Fibulin-4), MFAP2 (Microfibril Associated Protein 2), FBLN2 (Fibulin-2), HSPG2, FBLN1 (Fibulin-1) 및 COL6A3 (Collagen alpha-3(VI) chain)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단백질을 발현할 수 있다.The mesenchymal stem cell spheroids produced by the method of the present invention can express one or more proteins selected from the group consisting of Tenascin (TNC), Fibronectin (FN1), Proteoglycan-4 (PRG4), COL5A3 (Collagen
구체적으로, 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드는 단일 중간엽 줄기세포 대비 테나신(Tenascin, TNC) 및 피브로넥틴(Fibronectin, FN1)의 발현량이 현저히 높다.Specifically, the mesenchymal stem cell spheroids of the present invention have significantly higher expression levels of tenascin (TNC) and fibronectin (FN1) compared to single mesenchymal stem cells.
본 발명의 방법으로 제조된 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드는 프로테오글리칸(Proteoglycan-4, PRG4)을 특이적으로 발현하며, COL5A3 (Collagen Type V Alpha 3 Chain), COL7A1 (Collagen Type VII Alpha 1 Chain), EVPL (Envoplakin), EFEMP2 (Fibulin-4), MFAP2 (Microfibril Associated Protein 2) 등의 단백질을 단일세포 대비 새로이 발현할 수 있다.The mesenchymal stem cell spheroids produced by the method of the present invention specifically express proteoglycan (Proteoglycan-4, PRG4) and can newly express proteins such as COL5A3 (Collagen
상기 언급된 발현 수준의 증가는 예를 들어, 일반적인 중간엽 줄기세포와 대비하여 적어도 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%, 150%, 200%, 300%, 400%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900%, 1000% 또는 그 이상 상기 언급된 임의의 단백질 자체 또는 이의 유전자 수준이 증가함을 의미할 수 있다.The increase in expression level mentioned above can mean, for example, an increase in the level of any of the proteins themselves or their genes by at least 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%, 150%, 200%, 300%, 400%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900%, 1000% or more compared to typical mesenchymal stem cells.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 균일한 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드Mesenchymal stem cell spheroids having a uniform diameter manufactured according to the manufacturing method of the present invention
본 발명은 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 제조방법에 따라 제조된 균일한 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드로서, 중간엽 줄기세포(MSC) 및 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)을 포함하고, 평균 직경이 10 μm 내지 300 μm인 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제공한다.The present invention provides a mesenchymal stem cell spheroid having a uniform diameter, manufactured according to the method for manufacturing the mesenchymal stem cell spheroid, comprising mesenchymal stem cells (MSCs) and an extracellular matrix (ECM), and having an average diameter of 10 μm to 300 μm.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 평균 직경은, 바람직하게는 20 내지 280 μm, 더 바람직하게는 30 내지 260 μm, 더욱 더 바람직하게는 40 내지 240 μm, 보다 더욱 바람직하게는 50 내지 200 μm, 가장 바람직하게 60 내지 180 μm일 수 있다.The average diameter of the above mesenchymal stem cell spheroids may be preferably 20 to 280 μm, more preferably 30 to 260 μm, still more preferably 40 to 240 μm, still more preferably 50 to 200 μm, and most preferably 60 to 180 μm.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 1개 당 50 내지 5,000개의 중간엽 줄기세포를 포함할 수 있으며, 예를 들어 하한은 60개 이상, 70개 이상, 80개 이상, 90개 이상, 100개 이상, 150개 이상, 180개 이상, 200개 이상, 250개 이상, 300개 이상, 350개 이상, 또는 400개 이상일 수 있으며, 상한은 4,500개 이하, 4,000개 이하, 3,500개 이하, 3,000개 이하, 2,500개 이하, 2,000개 이하, 1,500개 이하, 1,000개 이하, 800개 이하, 750개 이하, 700개 이하, 650개 이하, 또는 600개의 중간엽 줄기세포를 포함할 수 있다.Each of the above mesenchymal stem cell spheroids can contain from 50 to 5,000 mesenchymal stem cells, for example, the lower limit can be 60 or more, 70 or more, 80 or more, 90 or more, 100 or more, 150 or more, 180 or more, 200 or more, 250 or more, 300 or more, 350 or more, or 400 or more, and the upper limit can be 4,500 or less, 4,000 or less, 3,500 or less, 3,000 or less, 2,500 or less, 2,000 or less, 1,500 or less, 1,000 or less, 800 or less, 750 or less, 700 or less, 650 or less, or 600 mesenchymal stem cells.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 습윤 중량(Wet weight)이 1 내지 6 μg일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 5 μg일 수 있으며, 더 바람직하게는 2.5 내지 4 μg일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 3.19±0.5 μg일 수 있다.The wet weight of the above mesenchymal stem cell spheroid may be 1 to 6 μg, preferably 2 to 5 μg, more preferably 2.5 to 4 μg, and even more preferably 3.19±0.5 μg.
본 발명에 있어서, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 건조 중량(Dry weight)이 250 내지 500 ng일 수 있으며, 바람직하게는 280 내지 450 ng일 수 있으며, 더 바람직하게는 300 내지 400 ng일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 303 내지 370 ng일 수 있다.In the present invention, the dry weight of the mesenchymal stem cell spheroid may be 250 to 500 ng, preferably 280 to 450 ng, more preferably 300 to 400 ng, and even more preferably 303 to 370 ng.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드에 대한 설명은 상기 중간엽 스페로이드의 제조방법에서 상술한 바와 같다.The description of the above mesenchymal stem cell spheroids is as described above in the method for producing the above mesenchymal spheroids.
본 발명에 따른 10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드는 유전자 발현 변화가 MSC 본래 유전자 발현과 유사하여 중간엽 줄기세포의 특성을 유지하면서, 콜라겐, 피브로넥틴, 히알루론산, 엘라스틴 또는 글리코사미노글리칸 등의 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)을 다량 함유하고, 높은 ECM 유전자 발현을 나타낸다. 또한, 중간엽 줄기세포를 포함하는 스페로이드의 기능이 장기간 유지될 수 있으며, 성장인자, 특히 VEGF-A 및 HGF의 높은 함량을 유지한다. Mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 μm to 300 μm according to the present invention maintain the characteristics of mesenchymal stem cells by having gene expression changes similar to the original gene expression of MSCs, while containing a large amount of extracellular matrix (ECM) such as collagen, fibronectin, hyaluronic acid, elastin or glycosaminoglycan and exhibiting high ECM gene expression. In addition, the function of spheroids including mesenchymal stem cells can be maintained for a long period of time and maintain a high content of growth factors, particularly VEGF-A and HGF.
또한, 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드는 높은 수준의 콜라겐 타입 I과 III의 유전자 발현을 가진다. 보다 구체적으로, COL1A1, COL1A2 및 COL3A1로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 높은 발현 수준을 나타낸다. In addition, the mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention have high levels of gene expression of collagen types I and III. More specifically, they exhibit high expression levels of any one or more selected from the group consisting of COL1A1, COL1A2 and COL3A1.
또한, 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드는 높은 수준의 콜라겐 타입(V, VI, XIII, XVIII), 피브로넥틴 및 엘라스틴의 유전자 발현 수준을 가진다. 보다 구체적으로, COL5A1, COL6A1, COL13A1, COL18A1, 피브로넥틴 및 엘라스틴로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 높은 발현 수준을 나타낸다. In addition, the mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention have high gene expression levels of collagen types (V, VI, XIII, XVIII), fibronectin and elastin. More specifically, they exhibit high expression levels of any one or more selected from the group consisting of COL5A1, COL6A1, COL13A1, COL18A1, fibronectin and elastin.
본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드는 테나신(Tenascin, TNC), 피브로넥틴(Fibronectin, FN1), 프로테오글리칸(Proteoglycan-4, PRG4), COL5A3 (Collagen Type V Alpha 3 Chain), COL7A1 (Collagen Type VII Alpha 1 Chain), EVPL (Envoplakin), EFEMP2 (Fibulin-4), MFAP2 (Microfibril Associated Protein 2), FBLN2 (Fibulin-2), HSPG2, FBLN1 (Fibulin-1) 및 COL6A3 (Collagen alpha-3(VI) chain)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 단백질을 발현할 수 있다.The mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention can express any one or more proteins selected from the group consisting of Tenascin (TNC), Fibronectin (FN1), Proteoglycan-4 (PRG4), COL5A3 (Collagen
구체적으로, 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드는 단일 중간엽 줄기세포 대비 테나신(Tenascin, TNC) 및 피브로넥틴(Fibronectin, FN1)의 발현량이 현저히 높다. Specifically, the mesenchymal stem cell spheroids of the present invention have significantly higher expression levels of tenascin (TNC) and fibronectin (FN1) compared to single mesenchymal stem cells.
또한, 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드는 프로테오글리칸 (Proteoglycan-4, PRG4)을 특이적으로 발현하며, COL5A3 (Collagen Type V Alpha 3 Chain), COL7A1 (Collagen Type VII Alpha 1 Chain), EVPL (Envoplakin), EFEMP2 (Fibulin-4), MFAP2 (Microfibril Associated Protein 2) 등의 단백질을 단일세포 대비 새로이 발현할 수 있다.In addition, the mesenchymal stem cell spheroids of the present invention specifically express proteoglycan (Proteoglycan-4, PRG4) and can newly express proteins such as COL5A3 (Collagen
10 μm 내지 300 μm의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물Composition comprising mesenchymal stem cell spheroids having a diameter of 10 μm to 300 μm and hyaluronic acid
본 발명은 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물을 제공한다. 본 발명은 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조합물을 제공한다. The present invention provides a composition comprising the mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid. The present invention provides a combination comprising the mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드에 대한 설명은 상기 중간엽 스페로이드의 제조방법에서 상술한 바와 같다.The description of the above mesenchymal stem cell spheroids is as described above in the method for producing the above mesenchymal spheroids.
상기 조성물은 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드를 1 내지 2 × 105개/mL의 농도로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 하한은 1 개/mL 이상, 또는 2개/mL 이상이고, 상한은 2 × 105개/mL 이하, 1.8 × 105개/mL 이하, 1.6 × 105개/mL 이하, 1.4 × 105개/mL 이하, 1.2 × 105개/mL 이하, 1 × 105개/mL 이하, 9.5 × 104개/mL 이하, 9 × 104개/mL 이하, 8.5 × 104개/mL 이하, 8 × 104개/mL 이하, 7.5 × 104개/mL 이하, 7 × 104개/mL 이하, 6.5 × 104개/mL 이하, 6 × 104개/mL 이하, 5.5 × 104개/mL 이하, 5 × 104개/mL 이하, 4.5 × 104개/mL 이하, 4 × 104개/mL 이하, 3.5 × 104개/mL 이하, 3 × 104개/mL 이하, 2.5 × 104개/mL 이하, 2 × 104개/mL 이하, 1.5 × 104개/mL 이하, 1 × 104개 이하, 9.5 × 103개 이하, 9 × 103개 이하, 8.5 × 103개 이하, 8 × 103개 이하, 7.5 × 103개 이하, 7 × 103개 이하, 6.5 × 103개 이하, 6 × 103개 이하, 5.5 × 103개 이하, 5 × 103개 이하, 4.5 × 103개 이하, 4 × 103개 이하, 3.5 × 103개 이하, 3 × 103개/mL 이하, 2.5 × 103개/mL 이하, 또는 2 × 103개/mL 이하일 수 있다. 여기서, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 1개에 포함된 세포수는 200 내지 800 cells일 수 있으며, 바람직하게는 250 내지 750 cells, 더 바람직하게는 300 내지 700 cells, 보다 더 바람직하게는 400 내지 600 cells의 중간엽 줄기세포를 포함할 수 있다.The composition comprises 1 to 2 × 10 of the mesenchymal stem cell spheroids.5It can be included in a concentration of 10/mL, for example, the lower limit is 1 or more/mL, or 2 or more/mL, and the upper limit is 2 × 105Less than or equal to 1.8 × 105Less than or equal to 1.6 × 105Less than or equal to 1.4 × 105Less than 1.2 × 10/mL5Less than 1 × 105Less than 9.5 × 104dog/mL Below, 9 × 104dog/mL Below, 8.5 × 104dog/mL Below, 8 × 104dog/mL Below, 7.5 × 104dog/mL Below, 7 × 104dog/mL Below, 6.5 × 104dog/mL Below, 6 × 104dog/mL Below, 5.5 × 104dog/mL Below, 5 × 104dog/mL Below, 4.5 × 104dog/mL Below, 4 × 104dog/mL Below, 3.5 × 104dog/mL Below, 3 × 104dog/mL Below, 2.5 × 104dog/mL Below, 2 × 104dog/mL Below, 1.5 × 104dog/mL Below, 1 × 104dog Below, 9.5 × 103dog Below, 9 × 103dog Below, 8.5 × 103dog Below, 8 × 103dog Below, 7.5 × 103dog Below, 7 × 103dog Below, 6.5 × 103dog Below, 6 × 103dog Below, 5.5 × 103dog Below, 5 × 103dog Below, 4.5 × 103dog Below, 4 × 103dog Below, 3.5 × 103dog Below, 3 × 103dog/mL Below, 2.5 × 103dog/mL Below, or 2 × 103dog/mL It may be as follows. Here, the number of cells contained in one mesenchymal stem cell spheroid may be 200 to 800 cells, preferably 250 to 750 cells, more preferably 300 to 700 cells, and even more preferably 400 to 600 cells of mesenchymal stem cells.
상기 조성물은 상기 중간엽 줄기세포를 1 × 102 cells/mL 내지 8 × 107 cells/mL의 농도로 포함할 수 있다. 예를 들어, 하한은 1.2 × 102 cells/mL 이상, 1.4 × 102 cells/mL 이상, 1.6 × 102 cells/mL 이상, 1.8 × 102 cells/mL 이상, 2.0 × 102 cells/mL 이상, 2.2 × 102 cells/mL 이상, 2.4 × 102 cells/mL 이상, 2.6 × 102 cells/mL 이상, 2.8 × 102 cells/mL 이상, 3.0 × 102 cells/mL 이상, 3.2 × 102 cells/mL 이상, 3.4 × 102 cells/mL 이상, 3.6 × 102 cells/mL 이상, 3.8 × 102 cells/mL 이상, 4.0 × 102 cells/mL 이상, 4.5 × 102 cells/mL 이상, 5.0 × 102 cells/mL 이상, 6.0 × 102 cells/mL 이상, 7.0 × 102 cells/mL 이상, 8.0 × 102 cells/mL 이상, 9.0 × 102 cells/mL 이상 또는 10 × 102 cells/mL 이상이고, 상한은 8.0 × 107 cells/mL 이하, 7.0 × 107 cells/mL 이하, 6.0 × 107 cells/mL 이하, 5.0 × 107 cells/mL 이하, 4.0 × 107 cells/mL 이하, 3.0 × 107 cells/mL 이하, 2.0 × 107 cells/mL 이하, 1.8 × 107 cells/mL 이하, 1.6 × 107 cells/mL 이하, 1.4 × 107 cells/mL 이하, 1.2 × 107 cells/mL 이하, 또는 1.0 × 107 cells/mL 이하의 농도로 포함할 수 있다.The composition may contain the mesenchymal stem cells at a concentration of 1 × 10 2 cells/mL to 8 × 10 7 cells/mL. For example, the lower limit is 1.2 × 10 2 cells/mL or more, 1.4 × 10 2 cells/mL or more, 1.6 × 10 2 cells/mL or more, 1.8 × 10 2 cells/mL or more, 2.0 × 10 2 cells/mL or more, 2.2 × 10 2 cells/mL or more, 2.4 × 10 2 cells/mL or more, 2.6 × 10 2 cells/mL or more, 2.8 × 10 2 cells/mL or more, 3.0 × 10 2 cells/mL or more, 3.2 × 10 2 cells/mL or more, 3.4 × 10 2 cells/mL or more, 3.6 × 10 2 cells/mL or more, 3.8 × 10 2 cells/mL or more, 4.0 × 10 2 cells/mL or more, 4.5 × 10 2 cells/mL or more, 5.0 × 10 2 cells/mL or more, 6.0 × 10 2 cells/mL or more, 7.0 × 10 2 cells/mL or more, 8.0 × 10 2 cells/mL or more, 9.0 × 10 2 cells/mL or more, or 10 × 10 2 cells/mL or more, and the upper limit is 8.0 × 10 7 cells/mL or less, 7.0 × 10 7 cells/mL or less, 6.0 × 10 7 cells/mL or less, 5.0 × 10 7 cells/mL or less, 4.0 × 10 7 cells/mL or less, 3.0 × 10 7 cells/mL or less, 2.0 × 10 7 cells/mL or less, 1.8 × 10 7 cells/mL or less, 1.6 × 10 7 cells/mL or less, or 1.4 × 10 7 cells/mL It may be included at a concentration of less than or equal to 1.2 × 10 7 cells/mL, or less than or equal to 1.0 × 10 7 cells/mL.
"히알루론산(Hyaluronic acid, HA)"이란 글루코사민글라이칸(Glycosaminoglycan)의 하나로서, N-아세틸 글루코사민(N-acetyl glucosamine) 및 글루쿠론산(Glucuronic acid)으로 이루어지는데, 세포외기질에 존재하고 조직의 수분유지, 세포성장인자 및 영양성분의 저장 및 확산에 관여하며, 각질형성세포와 섬유아세포에 의해 합성되는 것으로 알려져 있다."Hyaluronic acid (HA)" is a type of glucosaminoglycan, composed of N-acetyl glucosamine and glucuronic acid. It exists in the extracellular matrix and is involved in maintaining moisture in tissues, storing and diffusion of cell growth factors and nutrients, and is known to be synthesized by keratinocytes and fibroblasts.
상기 조성물은 히알루론산을 2 내지 50 mg/mL의 농도로 포함할 수 있다. 예를 들어, 하한은 3 mg/mL 이상, 4 mg/mL 이상, 5 mg/mL 이상, 6 mg/mL 이상, 7 mg/mL 이상, 8 mg/mL 이상, 9 mg/mL 이상, 10 mg/mL 이상, 12 mg/mL 이상, 14 mg/mL 이상, 16 mg/mL 이상, 18 mg/mL 이상 또는 20 mg/mL 이상일 수 있으며, 상한은 45 mg/mL 이하, 40 mg/mL 이하, 35 mg/mL 이하, 30 mg/mL 이하, 28 mg/mL 이하, 27 mg/mL 이하 또는 26 mg/mL 이하의 농도로 포함할 수 있다.The composition can comprise hyaluronic acid in a concentration of 2 to 50 mg/mL. For example, the lower limit can be at least 3 mg/mL, at least 4 mg/mL, at least 5 mg/mL, at least 6 mg/mL, at least 7 mg/mL, at least 8 mg/mL, at least 9 mg/mL, at least 10 mg/mL, at least 12 mg/mL, at least 14 mg/mL, at least 16 mg/mL, at least 18 mg/mL, or at least 20 mg/mL, and the upper limit can comprise a concentration of at most 45 mg/mL, at most 40 mg/mL, at most 35 mg/mL, at most 30 mg/mL, at most 28 mg/mL, at most 27 mg/mL, or at most 26 mg/mL.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물에서 히알루론산 함량은 0.2 내지 5%(w/v)일 수 있으며, 구체적으로 하한은 0.4%(w/v) 이상, 0.6%(w/v) 이상, 0.8%(w/v) 이상, 1.0%(w/v) 이상, 1.2%(w/v) 이상, 1.4%(w/v) 이상, 1.6%(w/v) 이상, 1.8%(w/v) 이상, 1.9%(w/v) 이상 또는 2%(w/v) 이상일 수 있으며, 상한은 4.5%(w/v) 이하, 4.0%(w/v) 이하, 3.5%(w/v) 이하, 3.0%(w/v) 이하, 2.8%(w/v) 이하, 2.7%(w/v) 이하 또는 2.6%(w/v) 이하의 농도로 포함할 수 있다.In the composition comprising the above mesenchymal stem cell spheroid and hyaluronic acid, the hyaluronic acid content may be 0.2 to 5% (w/v), and specifically, the lower limit may be 0.4% (w/v) or more, 0.6% (w/v) or more, 0.8% (w/v) or more, 1.0% (w/v) or more, 1.2% (w/v) or more, 1.4% (w/v) or more, 1.6% (w/v) or more, 1.8% (w/v) or more, 1.9% (w/v) or more, or 2% (w/v) or more, and the upper limit may be 4.5% (w/v) or less, 4.0% (w/v) or less, 3.5% (w/v) or less, 3.0% (w/v) or less, 2.8% (w/v) or less, 2.7% (w/v) or less, or It can be included in a concentration of 2.6% (w/v) or less.
상기 히알루론산은 히알루론산, 히알루론산 염 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 히알루론산은 약제학적으로 허용되는 염, 예를 들어, 히알루론산나트륨, 히알루론산칼륨, 히알루론산 마그네슘, 히알루론산칼륨 등을 포함한다.The hyaluronic acid may include hyaluronic acid, a hyaluronic acid salt, or a mixture thereof. The hyaluronic acid includes pharmaceutically acceptable salts, for example, sodium hyaluronate, potassium hyaluronate, magnesium hyaluronate, potassium hyaluronate, and the like.
상기 히알루론산의 중량 평균 분자량은 100 Da 내지 10,000 kDa일 수 있다.The weight average molecular weight of the above hyaluronic acid may be 100 Da to 10,000 kDa.
상기 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물은 생착 및 생존율이 우수하며, 피부의 진피 또는 피하 부위에서 우수한 볼륨 유지능을 갖는다. 이러한 특성을 가짐에 따라 노화로 인한 피부감 손실 교정, 미세주름이나 피부 표면 교정을 위한 조직 수복재로 활용이 가능하다.The composition containing the above mesenchymal stem cell spheroid and hyaluronic acid has excellent engraftment and survival rates and excellent volume retention ability in the dermis or subcutaneous region of the skin. Due to these characteristics, it can be utilized as a tissue repair material for correcting skin loss due to aging and for correcting fine wrinkles or skin surface.
또한, 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 조성물은 히알루론산만 투여했을 때 보다 볼륨이 유지되는 지속 기간이 현저히 향상되는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드로부터 분비되는 다양한 성장인자에 의해 주변 조직의 재생을 유도할 수 있다.In addition, the composition containing the mesenchymal stem cell spheroid of the present invention has the effect of significantly improving the duration of volume maintenance compared to when only hyaluronic acid is administered. In addition, regeneration of surrounding tissues can be induced by various growth factors secreted from the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention.
중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 피부 재생용, 상처 또는 흉터 치료용 조성물, 용도 및 치료방법Compositions, uses and methods for skin regeneration, wound or scar treatment comprising mesenchymal stem cell spheroids
본 발명은 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 피부 재생용 약학 조성물을 제공한다. 바람직하게 상기 약학 조성물은 히알루론산을 더 포함할 수 있다. The present invention provides a pharmaceutical composition for skin regeneration comprising the mesenchymal stem cell spheroid. Preferably, the pharmaceutical composition may further comprise hyaluronic acid.
본 발명은 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 피부 상처 또는 흉터 치료용 약학 조성물 또는 세포 치료제 조성물을 제공한다. 바람직하게 상기 세포 치료제 조성물은 히알루론산을 더 포함할 수 있다.The present invention provides a pharmaceutical composition or cell therapy composition for treating skin wounds or scars comprising the mesenchymal stem cell spheroids. Preferably, the cell therapy composition may further comprise hyaluronic acid.
또한, 본 발명은 중간엽 줄기세포 스페로이드; 및 히알루론산을 포함하는 피부 재생, 피부 상처 또는 흉터 치료용 약학 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for skin regeneration, skin wound or scar treatment, comprising mesenchymal stem cell spheroids; and hyaluronic acid.
또한, 본 발명은 중간엽 줄기세포 스페로이드; 및 히알루론산을 포함하는 피부 재생, 피부 상처 또는 흉터 치료용 약학 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for skin regeneration, skin wound or scar treatment, comprising mesenchymal stem cell spheroids; and hyaluronic acid.
상기 약학 조성물은 피부 재생, 구체적으로 진피의 회복을 필요로 하는 부위에 국소적으로 도포되거나 피내 주사로 투여되어 피부 상처 또는 흉터를 치료할 수 있다.The above pharmaceutical composition can be topically applied to an area requiring skin regeneration, specifically recovery of the dermis, or administered by intradermal injection to treat skin wounds or scars.
본 발명에 있어서, 피부 재생은 시간의 흐름, 빛, 화장품, 비누, 공해, 먼지, 건조, 담배, 생활습관 등으로 인한 피부의 깊거나 얕은 주름과 같은 변화를 개선하는 것일 수 있다.In the present invention, skin regeneration may be improving changes in the skin, such as deep or shallow wrinkles, caused by the passage of time, light, cosmetics, soap, pollution, dust, dryness, cigarettes, lifestyle habits, etc.
상기 피부재생, 피부 상처 및 흉터 치료용 약학 조성물은 약학적으로 허용가능한 통상의 불활성 담체 또는 희석제를 포함할 수 있다. 본 발명의 약학 조성물에 포함될 수 있는 약학적으로 허용가능한 담체 및 희석제는 전분, 당, 및 만니톨과 같은 부형제, 칼슘 포스페이트 등과 같은 충전제 및 증량제, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스 유도체, 젤라틴, 알긴산염, 및 폴리비닐 피롤리돈 등과 같은 결합제, 활석, 스테아린산 칼슘, 수소화 피마자유 및 폴리에틸렌글리콜과 같은 윤활제, 포비돈, 크로스포비돈과 같은 붕해제, 폴리소르베이트, 세틸알코올, 및 글리세롤 등과 같은 계면활성제를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 약학적으로 허용되는 담체 및 희석제는 이를 이식받을 수혜자에 대해 생물학적 및 생리학적으로 친화적인 것일 수 있다. 희석제로는 이에 한정되지 않으나, 염수, 수용성 완충액, 용매, 현탁화제 및/또는 분산제(Dispersion media)를 들 수 있다. 이외에도, 예를 들어, 주사제의 경우에는 보존제, 무통화제, 가용화제, 현탁화제 또는 안정화제 등을, 국소투여용 제제의 경우에는 기제(Base), 부형제, 윤활제, 현탁화제 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.The pharmaceutical composition for skin regeneration, skin wound and scar treatment may contain a pharmaceutically acceptable conventional inert carrier or diluent. Pharmaceutically acceptable carriers and diluents that may be contained in the pharmaceutical composition of the present invention include, but are not limited to, excipients such as starch, sugar, and mannitol, fillers and extenders such as calcium phosphate, cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose and hydroxypropylcellulose, binders such as gelatin, alginate, and polyvinyl pyrrolidone, lubricants such as talc, calcium stearate, hydrogenated castor oil, and polyethylene glycol, disintegrants such as povidone and crospovidone, and surfactants such as polysorbate, cetyl alcohol, and glycerol. The pharmaceutically acceptable carrier and diluent may be biologically and physiologically compatible with a recipient to be transplanted therewith. Diluents include, but are not limited to, saline, aqueous buffers, solvents, suspending agents, and/or dispersion media. In addition, for example, in the case of injections, preservatives, analgesics, solubilizers, suspending agents, or stabilizers may be additionally included, and in the case of topical preparations, bases, excipients, lubricants, suspending agents, or preservatives may be additionally included.
본 발명의 조성물은 동결되지 않은 채 사용되거나 차후 사용을 위해 동결될 수 있다. 동결되어야 할 경우, 표준 냉동보존제(예를 들어 DMSO, 글리세롤, 에피라이프(Epilife®) 세포 동결 배지(Cascade Biologics))가 동결 전 세포 집단에 첨가될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 국소투여용 제제는 크림, 겔, 연고, 피부 유화제, 피부 현탁액, 경피 전달성 패치, 약물 함유 붕대, 로션, 또는 그 조합일 수 있다. 상기 국소투여용 제제는 통상 의약품 등의 국소투여용 제제에 사용되는 성분, 예를 들면 수성성분, 유성성분, 분말성분, 알코올류, 보습제, 증점제, 자외선흡수제, 미백제, 방부제, 산화방지제, 계면활성제, 향료, 색제, 각종 피부 영양제등을 필요에 따라서 적절하게 배합할 수 있다. 상기 국소투여용 제제는, 에데트산이나트륨, 에데트산삼나트륨, 시트르산나트륨, 폴리인산나트륨, 메타인산나트륨, 글루콘산 등의 금속봉쇄제, 카페인, 탄닌, 벨라파밀, 감초추출물, 글라블리딘, 칼린의 과실의 열수추출물, 각종생약, 아세트산토코페롤, 글리틸리틴산, 트라넥삼산 및 그 유도체 또는 그 염등의 약제, 비타민 C, 아스코르브산인산마그네슘, 아스코르브산글루코시드, 알부틴, 코지산, 글루코스, 프룩토스, 트레할로스 등의 당류 등도 적절하게 배합할 수 있다.The compositions of the present invention may be used unfrozen or frozen for later use. If frozen, standard cryopreservatives (e.g., DMSO, glycerol, Epilife® Cell Freezing Medium (Cascade Biologics)) may be added to the cell population prior to freezing. In addition, in one embodiment, the topical formulation may be a cream, a gel, an ointment, an emulsifier, a skin suspension, a transdermal delivery patch, a drug-containing bandage, a lotion, or a combination thereof. The topical formulation may contain ingredients commonly used in topical formulations such as pharmaceuticals, such as aqueous ingredients, oily ingredients, powder ingredients, alcohols, moisturizers, thickeners, UV absorbers, whitening agents, preservatives, antioxidants, surfactants, fragrances, colorants, and various skin nutrients, as appropriate. The above-mentioned local administration preparation may also appropriately contain metal sequestering agents such as sodium edetate, trisodium edetate, sodium citrate, sodium polyphosphate, sodium metaphosphate, and gluconic acid; caffeine, tannin, bellapamil, licorice extract, glablidine, hot water extract of the fruit of Kalin, various crude drugs, tocopheryl acetate, glycyrrhizic acid, tranexamic acid and derivatives or salts thereof; and drugs such as vitamin C, magnesium ascorbic acid phosphate, ascorbic acid glucoside, arbutin, kojic acid, glucose, fructose, and trehalose.
본 발명에 있어서, 상기 약학 조성물은 주사제형, 주입제형, 분무제형, 액상제형, 현탁제형, 외용제형 또는 패취제형 등의 다양한 제형으로 제형화 될 수 있으며, 바람직하게는 주사제형, 주입제형, 현탁제형 또는 외용제형으로 제형화 될 수 있다.In the present invention, the pharmaceutical composition may be formulated into various dosage forms such as an injection form, an infusion form, a spray form, a liquid form, a suspension form, an external preparation form, or a patch form, and preferably may be formulated into an injection form, an infusion form, a suspension form, or an external preparation form.
본 발명의 일 구체예의 약학 조성물의 배합비율은 전술한 바와 같은 추가 성분들의 종류나 양, 형태 등에 따라서 적당하게 선택할 수 있다. The mixing ratio of the pharmaceutical composition of one specific example of the present invention can be appropriately selected depending on the type, amount, form, etc. of the additional components described above.
또한, 본 발명은 중간엽 줄기세포 스페로이드; 및 히알루론산의 치료학적 유효량을 피부 상처 또는 흉터 치료를 필요로 하는 대상체에 투여하여 피부 상처 또는 흉터를 치료하는 방법을 제공한다. 본 발명의 용어 "대상체"란 피부의 표피층, 진피층, 피하층 등에서 상처 또는 흉터가 발병하였거나 발병할 수 있는 모든 동물을 의미하며, 전형적으로 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 이를 포함하는 상기 조성물을 이용한 치료로 유익한 효과를 나타낼 수 있는 동물일 수 있으나, 피부 재생이 필요하거나, 피부 상처 및 흉터를 가질 가능성이 있는 개체이면 제한 없이 포함한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 약학 조성물을 개체에게 투여함으로써 상기 피부의 상처 또는 흉터를 효과적으로 치료할 수 있다. 본 발명의 약학 조성물은 개별 치료제로 투여하거나, 기존의 상처 또는 흉터 치료제와 병용하여 투여될 수 있고, 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있다.In addition, the present invention provides a method for treating a skin wound or scar by administering a therapeutically effective amount of a mesenchymal stem cell spheroid; and hyaluronic acid to a subject in need of skin wound or scar treatment. The term "subject" of the present invention means any animal that has developed or may develop a wound or scar in the epidermal layer, dermal layer, subcutaneous layer, etc. of the skin, and typically may be an animal that can exhibit a beneficial effect by treatment using the mesenchymal stem cell spheroid of the present invention and the composition containing the same, but includes without limitation any subject that requires skin regeneration or is likely to have a skin wound or scar. As described above, the skin wound or scar can be effectively treated by administering the pharmaceutical composition of the present invention to the subject. The pharmaceutical composition of the present invention can be administered as an individual therapeutic agent, or can be administered in combination with an existing wound or scar therapeutic agent, and can be administered sequentially or simultaneously with the existing therapeutic agent.
상기 "치료"는 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드 또는 이를 포함하는 조성물의 투여로 상기 질환의 증세가 호전되거나 이롭게 변경하는 모든 행위를 말한다. 예를 들어, 자연 치유에 비하여 단축된 시간에 피부가 재생되거나, 상처 또는 흉터가 치유되는 것을 제공하는 것일 수 있다. 상기 치료는 상처 또는 흉터의 개선 및/또는 완화를 포함할 수 있다. 상처 또는 흉터의 개선은 상처 또는 흉터의 정도를 낮추는 것을 의미한다. 또한, 상기 치료는 상처 및/또는 상처와 관련된 질환의 치료를 모두 포함하는 것일 수 있다. 상기 치료는 상처로부터 유발되는 손상된 조직의 치유 및/또는 재생을 의미할 수 있다. 상기 상처 치료는 피부 재생, 구체적으로는 피부 내 진피를 회복하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 치료는 상기 손상된 조직의 원래 조성을 유지하는 것일 수 있다. 또한, 상기 치료는 상처와 관련된 질환의 합병증 및/또는 흉터를 최소화하면서 상기 손상된 조직을 치유 및/또는 재생을 촉진하는 것일 수 있다.The above "treatment" refers to any act of improving or beneficially changing the symptoms of the disease by administering the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention or a composition containing the same. For example, it may provide skin regeneration in a shorter period of time compared to natural healing, or healing of a wound or scar. The treatment may include improvement and/or alleviation of the wound or scar. Improvement of the wound or scar means reducing the degree of the wound or scar. In addition, the treatment may include treatment of the wound and/or a disease related to the wound. The treatment may mean healing and/or regeneration of damaged tissue caused by the wound. The wound treatment may mean skin regeneration, specifically, restoring the dermis within the skin. In addition, the treatment may maintain the original composition of the damaged tissue. In addition, the treatment may promote healing and/or regeneration of the damaged tissue while minimizing complications and/or scars of the disease related to the wound.
본 발명의 약학 조성물의 투여는 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양으로 투여할 수 있으며, 이는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may be administered as an individual therapeutic agent or in combination with other therapeutic agents, and may be administered sequentially or simultaneously with conventional therapeutic agents. Taking all of the above factors into consideration, it may be administered in an amount that can obtain the maximum effect with the minimum amount without causing side effects, which can be easily determined by those skilled in the art.
본 발명에 따른 약학 조성물은 약학적으로 유효한 양, 즉 의학적 예방 또는 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 예방 또는 치료하기에 충분한 양으로 투여될 수 있다. 유효 용량 수준은 질환의 중증도, 약물의 활성, 환자의 연령, 체중, 건강, 성별, 환자의 약물에 대한 민감도, 사용된 본 발명의 약학 조성물의 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료기간, 사용된 본 발명의 약학 조성물과 배합 또는 동시에 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.The pharmaceutical composition according to the present invention can be administered in a pharmaceutically effective amount, i.e., an amount sufficient to prevent or treat a disease at a reasonable benefit/risk ratio applicable to medical prevention or treatment. The effective dosage level varies depending on the severity of the disease, the activity of the drug, the age, weight, health, and sex of the patient, the patient's sensitivity to the drug, the time of administration of the pharmaceutical composition of the present invention used, the route of administration and the excretion rate, the treatment period, the drug used in combination with or simultaneously with the pharmaceutical composition of the present invention used, and other factors well known in the medical field, but can be appropriately selected by those skilled in the art.
본 발명에 따른 약학적 조성물은 약학적으로 유효한 양, 즉 피부 재생, 상처 또는 흉터를 회복하고 치료하기 충분한 양으로 환자에게 투여될 수 있다. 예를 들어 일반적인 1일 투여량으로는 약 0.0001 내지 1000 ㎎/㎏의 범위로 투여될 수 있으며, 바람직하게는, 약 0.01 내지 100 mg/kg의 범위로 투여될 수 있다. 본 발명의 약학 조성물은 바람직한 투여량 범위 내에서 1회 또는 수회로 분할 투여할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 약학 조성물의 투여량은 투여 경로, 투여 대상, 연령, 성별 체중, 개인차 및 질병 상태에 따라 통상의 기술자가 적절하게 선택할 수 있다.The pharmaceutical composition according to the present invention can be administered to a patient in a pharmaceutically effective amount, i.e., an amount sufficient to regenerate skin, repair and treat wounds or scars. For example, a general daily dosage can be administered in a range of about 0.0001 to 1000 mg/kg, preferably, about 0.01 to 100 mg/kg. The pharmaceutical composition of the present invention can be administered once or in several divided doses within a preferred dosage range. In addition, the dosage of the pharmaceutical composition according to the present invention can be appropriately selected by a person skilled in the art according to the administration route, administration subject, age, sex, weight, individual differences and disease state.
본 발명은 중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 피부 재생용 필러 조성물을 제공한다.The present invention provides a filler composition for skin regeneration comprising mesenchymal stem cell spheroids.
상기 필러 조성물은 히알루론산을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 히알루론산은 전술한 바와 같다.The above filler composition may additionally comprise hyaluronic acid, wherein the hyaluronic acid is as described above.
또한, 상기 필러 조성물에서 "중간엽 줄기세포 스페로이드"는 전술한 바와 같다.Additionally, in the filler composition, the “mesenchymal stem cell spheroid” is as described above.
또한, 본 발명은 피부 상처 또는 흉터 치료용 약제의 제조를 위한 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 용도를 제공한다.The present invention also provides the use of mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention for the manufacture of a medicament for treating skin wounds or scars.
또한, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 용도에서 "중간엽 줄기세포 스페로이드"는 전술한 바와 같다.In addition, in the use of the above mesenchymal stem cell spheroids, the “mesenchymal stem cell spheroids” are as described above.
또한, 상기 중간엽 줄기세포 스페로이드의 용도에서 "피부 상처", "피부 흉터"는 전술한 바와 같다.In addition, in the use of the above mesenchymal stem cell spheroids, “skin wound” and “skin scar” are as described above.
또한, 본 발명은 피부 상처 또는 흉터 치료에 사용하기 위한 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제공한다.Additionally, the present invention provides mesenchymal stem cell spheroids for use in treating skin wounds or scars.
본 발명에 따른 방법으로 중간엽 줄기세포 스페로이드는 균일한 직경을 가지며, 피부 재생과 상처 또는 흉터 치료, 또는 피부 함몰과 같은 손상 회복을 유도하는 콜라겐, 피브로넥틴, 히알루론산, 엘라스틴 등의 세포외 기질(ECM)을 다량 포함하고 있고, 성장인자의 발현량이 우수하여 상처 치유를 촉진시킬 수 있으며, 피부 내 진피 회복 유도로 피부 재생을 촉진하여 흉터 치유/회복 및 피부 부피 유지를 촉진시킬 수 있다.According to the method of the present invention, the mesenchymal stem cell spheroids have a uniform diameter and contain a large amount of extracellular matrix (ECM) such as collagen, fibronectin, hyaluronic acid, and elastin, which induce skin regeneration and wound or scar healing, or damage recovery such as skin depression, and have an excellent expression amount of growth factors, thereby promoting wound healing, and by promoting skin regeneration through inducing dermal recovery within the skin, they can promote scar healing/recovery and skin volume maintenance.
도 1은 세포외기질 및 성장인자가 풍부한 중간엽 줄기세포 스페로이드 제조방법을 나타낸다.Figure 1 shows a method for producing mesenchymal stem cell spheroids rich in extracellular matrix and growth factors.
도 2는 지방조직에서 분리한 중간엽 줄기세포를 현미경으로 관찰한 형태를 나타낸다.Figure 2 shows the morphology of mesenchymal stem cells isolated from adipose tissue observed under a microscope.
도 3은 지방조직에서 분리한 중간엽 줄기세포의 세포성장률을 나타낸다.Figure 3 shows the cell growth rate of mesenchymal stem cells isolated from adipose tissue.
도 4는 유세포분석으로 확인한 중간엽 줄기세포의 순도를 확인한 것으로 음성 마커와 양성 마커를 나타낸다.Figure 4 shows the purity of mesenchymal stem cells confirmed by flow cytometry, and shows negative and positive markers.
도 5는 중간엽 줄기세포의 특성인 지방세포, 골세포, 연골세포로의 분화능을 염색으로 검증한 결과를 나타낸다.Figure 5 shows the results of staining verification of the differentiation ability of mesenchymal stem cells into adipocytes, osteocytes, and chondrocytes.
도 6은 중간엽 줄기세포의 특성인 지방세포, 골세포, 연골세포로의 분화능을 RT-PCR로 검증한 결과를 나타낸다.Figure 6 shows the results of RT-PCR verification of the differentiation ability of mesenchymal stem cells into adipocytes, osteocytes, and chondrocytes.
도 7은 자가조립화를 통한 중간엽 줄기세포의 둥근 세포 구조물인 중간엽 줄기세포 스페로이드의 배양일별 현미경 이미지를 나타낸다.Figure 7 shows microscopic images of mesenchymal stem cell spheroids, which are round cell structures of mesenchymal stem cells formed through self-assembly, at different culture days.
도 8은 중간엽 줄기세포 스페로이드의 공여자별 및 계대별 크기 분포를 나타낸다.Figure 8 shows the size distribution of mesenchymal stem cell spheroids by donor and passage.
도 9는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 공여자별 및 계대별 세포생존을 나타낸다.Figure 9 shows the cell survival of mesenchymal stem cell spheroids by donor and passage.
도 10은 중간엽 줄기세포 스페로이드의 배양기간 별 DNA량을 나타낸다.Figure 10 shows the DNA amount of mesenchymal stem cell spheroids according to the culture period.
도 11은 중간엽 줄기세포 스페로이드의 전자현미경 사진 이미지를 나타낸다.Figure 11 shows an electron microscope image of a mesenchymal stem cell spheroid.
도 12는 유세포분석으로 확인한 중간엽 줄기세포 스페로이드를 구성하는 세포의 중간엽 줄기세포 마커 발현을 나타낸다.Figure 12 shows the expression of mesenchymal stem cell markers in cells constituting mesenchymal stem cell spheroids confirmed by flow cytometry.
도 13은 중간엽 줄기세포 스페로이드의 공여자별 중간엽 줄기세포 마커를 면역형광염색한 현미경 이미지를 나타낸다.Figure 13 shows a microscopic image of donor-specific mesenchymal stem cell markers in immunofluorescence staining of mesenchymal stem cell spheroids.
도 14는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 세포외기질 발현량을 정량적 RT-PCR법으로 분석한 결과를 나타낸다.Figure 14 shows the results of quantitative RT-PCR analysis of the extracellular matrix expression level of mesenchymal stem cell spheroids.
도 15는 효소면역측정법으로 중간엽 줄기세포 스페로이드 내 세포외기질 발현을 측정한 그래프를 나타낸다.Figure 15 shows a graph measuring extracellular matrix expression in mesenchymal stem cell spheroids using enzyme-linked immunosorbent assay.
도 16은 형광면역염색으로 중간엽 줄기세포 스페로이드의 콜라겐 발현을 확인한 이미지를 나타낸다.Figure 16 shows an image confirming collagen expression in mesenchymal stem cell spheroids by fluorescent immunohistochemistry staining.
도 17은 조직학적 분석으로 중간엽 줄기세포 스페로이드의 콜라겐 발현을 확인한 이미지를 나타낸다.Figure 17 shows an image confirming collagen expression in mesenchymal stem cell spheroids by histological analysis.
도 18은 중간엽 줄기세포 스페로이드의 성장인자 발현을 real-time RT-PCR로 분석한 결과를 나타낸다.Figure 18 shows the results of analyzing the growth factor expression of mesenchymal stem cell spheroids using real-time RT-PCR.
도 19는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 직경 크기가 유전자 발현에 미치는 영향을 분석한 결과를 나타낸다.Figure 19 shows the results of analyzing the effect of the diameter size of mesenchymal stem cell spheroids on gene expression.
도 20은 크기가 다른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 피부 세포외기질 유전자 발현량을 비교 분석한 결과를 나타낸 것이다.Figure 20 shows the results of comparative analysis of skin extracellular matrix gene expression levels in mesenchymal stem cell spheroids of different sizes.
도 21은 마우스 피부에 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물의 볼륨 유지능을 나타낸다.Figure 21 shows the volume retention ability of a composition comprising mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid injected into mouse skin.
도 22는 마우스에 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물의 피부내 잔존을 조직학적 이미지로 나타낸 것이다. Figure 22 is a histological image showing the intradermal retention of a composition containing mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid injected into a mouse.
도 23은 마우스에 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물의 생존 및 생착능을 나타낸다.Figure 23 shows the survival and engraftment ability of a composition comprising mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid injected into mice.
도 24는 마우스에 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물 주변부의 혈관을 면역염색으로 분석한 이미지를 나타낸다. Figure 24 shows an image of blood vessels surrounding a composition containing mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid injected into a mouse, analyzed by immunohistochemical staining.
도 25는 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 실험자 간의 dry weight 측정 결과에 대한 편차를 나타낸 것이다.Figure 25 shows the deviation between experimenters in the dry weight measurement results of the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention.
도 26은 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) dry weight에 대한 선형 추세선을 나타낸 것이다.Figure 26 shows a linear trend line for the dry weight of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention.
도 27은 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드와 단일세포의 전체 단백질의 개수 분석 결과를 나타낸 것이다.Figure 27 shows the results of the total protein count analysis of the mesenchymal stem cell spheroids and single cells of the present invention.
도 28은 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드와 단일세포의 주성분 분석 결과를 나타낸 것이다.Figure 28 shows the results of principal component analysis of mesenchymal stem cell spheroids and single cells of the present invention.
도 29는 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드와 단일세포의 히트맵 분석 결과를 나타낸 것이다.Figure 29 shows the results of heat map analysis of mesenchymal stem cell spheroids and single cells of the present invention.
도 30은 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드와 단일세포의 단백질 증가감소 분포도를 나타낸 것이다.Figure 30 shows the protein increase/decrease distribution of the mesenchymal stem cell spheroids and single cells of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중간엽 줄기세포를 균일한 크기를 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드로 제조하는 방법 및 이의 의약적 용도를 제공한다.To achieve the above purpose, the present invention provides a method for producing mesenchymal stem cells into mesenchymal stem cell spheroids having a uniform size and a pharmaceutical use thereof.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 크기로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in various sizes and is not limited to the embodiments described herein.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples; however, the following examples are for the purpose of explanation only and are not intended to limit the scope of the present invention.
실시예 1. 지방조직 유래 중간엽 줄기세포(MSC) 제조 및 특성 확인Example 1. Production and characterization of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (MSCs)
실시예 1-1. 지방조직에서의 중간엽 줄기세포(MSC)의 분리Example 1-1. Isolation of mesenchymal stem cells (MSCs) from adipose tissue
본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(Microblock, MiB)를 제조하기 위한 세포원으로, 비교적 용이한 분리와 높은 성장률을 가진 인간 지방 유래 중간엽 줄기 세포(Mesenchymal stem cell, MSC)를 사용하였다. MSC의 분리는 서울대학교 치과 병원의 기관평가위원회에서 승인을 받아 수행하였다.Human adipose-derived mesenchymal stem cells (MSCs) that are relatively easy to isolate and have a high growth rate were used as a cell source for producing the mesenchymal stem cell spheroids (Microblocks, MiB) of the present invention. The isolation of MSCs was performed with the approval of the Institutional Review Board of Seoul National University Dental Hospital.
준비된 인간 유래 지방 조직을 0.1% 콜라겐분해효소 I(Collagenase I)이 포함된 Hanks® Balanced Salt solution (HBSS)에 넣어 37℃에서 30분 동안 흔들어 세포를 분리한 후, 이를 세척하고 100 μm 나일론 메쉬로 여과하였다. 이후 10%의 소태아혈청(Fetal bovine serum, FBS)과 1X 항생항진균제(Antibioticantimycotic solution, AA)를 넣은 Dulbecco의 modified Eagles medium (DMEM)으로 영양분을 공급하며 37℃의 5% CO2 배양기에서 배양하였다.The prepared human-derived adipose tissue was placed in Hanks® Balanced Salt solution (HBSS) containing 0.1% collagenase I and shaken at 37°C for 30 minutes to separate the cells, which were then washed and filtered through a 100 μm nylon mesh. Afterwards, the tissue was cultured in a 5% CO 2 incubator at 37°C, supplying nutrients with Dulbecco's modified Eagles medium (DMEM) containing 10% fetal bovine serum (FBS) and 1X antibioticantimycotic solution (AA).
실시예 1-2. 분리된 중간엽 줄기세포(MSC)의 검증Example 1-2. Verification of Isolated Mesenchymal Stem Cells (MSCs)
실시예 1-1에 따른 분리된 MSC는 부착 형태, 다분화능, 표면 특이적 항원의 발현 등의 특징을 지니고 있으며, 이러한 특징을 확인함으로써 상기 실시예 1-1에서 분리해 낸 세포가 MSC임을 검증하였다.The MSCs isolated according to Example 1-1 have characteristics such as an attachment form, multipotency, and expression of surface-specific antigens, and by confirming these characteristics, it was verified that the cells isolated in Example 1-1 were MSCs.
상기 세포의 형태 및 분포 특성을 확인한 결과, 해당 세포는 플라스틱 배양 접시에서 균질한 방추(Spindle) 모양과 같은 형태로 부착하여 성장하는 모습을 나타내었으며(도 2), 7번째 계대까지 지수적으로(Exponentially) 잘 증식하였고 세포가 한번 분열하는데 2~3일 정도 걸리는 것을 확인하였다(도 3).As a result of confirming the morphological and distribution characteristics of the above cells, the cells were found to attach and grow in a homogeneous spindle-like shape on a plastic culture dish (Fig. 2), and were found to proliferate exponentially up to the 7th passage, and it was confirmed that it takes about 2 to 3 days for the cells to divide once (Fig. 3).
또한, 계대를 거듭하며 MSC의 특성을 잘 유지하는지 확인하기 위한 수단으로 줄기세포 표면 마커들의 발현을 유세포분석(Flow cytometry)을 통해 확인하고자 하였다. 배양하고 있는 MSC를 PBS로 세척하고 Trypsin, Collagenase 등 단백질 분해효소로 37℃에서 5분 동안 처리하여 단일세포로 회수하였다. 세포를 형광표지된 각 CD14, CD29, CD31, CD34, CD44, CD73, CD90, HLA-DR, CD45, CD79α, CD105, CD117에 대한 항체로 4℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 이후, 2%의 FBS가 함유된 Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS)을 이용하여 세척하고 Isotype mouse IgG 대조군 대비 발현량을 FACS로 분석하였다.In addition, to confirm whether the characteristics of MSCs are well maintained through repeated passages, the expression of stem cell surface markers was confirmed through flow cytometry. Cultured MSCs were washed with PBS and treated with proteolytic enzymes such as trypsin and collagenase at 37℃ for 5 minutes to recover single cells. The cells were reacted with antibodies to fluorescently labeled CD14, CD29, CD31, CD34, CD44, CD73, CD90, HLA-DR, CD45, CD79α, CD105, and CD117 for 1 hour at 4℃. Afterwards, the cells were washed using Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS) containing 2% FBS, and the expression level compared to the isotype mouse IgG control group was analyzed by FACS.
해당 검사 결과, 세포의 95% 이상이 양성 마커인 CD29, CD44, CD73, CD90 및 CD105 발현에 대해 양성이었고 음성 마커인 CD31, CD45, CD79a, CD117 및 HLA-DR의 발현은 2% 미만으로 세포가 높은 순도로 분리된 MSC임이 확인되었다(도 4).The test results showed that more than 95% of the cells were positive for the expression of positive markers CD29, CD44, CD73, CD90, and CD105, and less than 2% for the expression of negative markers CD31, CD45, CD79a, CD117, and HLA-DR, confirming that the cells were MSCs separated with high purity (Fig. 4).
실시예 1-3. 분리된 중간엽 줄기세포(MSC)의 지방세포 분화능을 염색으로 확인Example 1-3. Confirmation of adipocyte differentiation potential of isolated mesenchymal stem cells (MSC) by staining
분리된 중간엽 줄기세포의 지방세포 분화능을 확인하기 위하여 9.5x104개의 세포를 6-well 플레이트에 넣고 0.5 mM 아이소부틸메틸잔틴(3-isobutyl-1-methylxanthine, IBMX), 100 nM 덱사메타손(Dexamethasone), 100 μM 인도메타신(Indomethacin, INDO), 10 μg/mL 인슐린(Insulin), 10% FBS와 1X AA를 High glucose DMEM에 넣어 제조한 배양 배지로 1주일에 2회 배지 교체하며 37℃의 5% CO2 배양기에서 14일간 배양하였다. 분화 확인을 위하여 분화가 끝난 플레이트의 배양액을 제거하고 DPBS로 1회 세척한 후, 상온에서 4% PFA로 고정시켰다.To confirm the adipogenic differentiation potential of the isolated mesenchymal stem cells, 9.5 x 10 4 cells were plated in a 6-well plate and cultured in a culture medium prepared with high glucose DMEM containing 0.5 mM 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX), 100 nM dexamethasone, 100 μM indomethacin (INDO), 10 μg/mL insulin, 10% FBS, and 1X AA, with the medium replaced twice a week in a 5% CO 2 incubator at 37°C for 14 days. To confirm differentiation, the culture medium from the plate where differentiation was completed was removed, washed once with DPBS, and then fixed with 4% PFA at room temperature.
이후 시각적으로 분화를 확인하기 위하여 0.2 g Oil red O 분말을 40 mL 아이소프로판올(Isopropanol)에 용해하고 0.22 μm 필터에 걸러 제조한 용액 1 mL을 첨가하여 상온에서 15분 동안 반응시키고 DW로 5회 세척한 후 지방세포로 분화(Adipogenic differentiation)된 것을 확인하였다(도 5).Afterwards, to visually confirm differentiation, 0.2 g Oil red O powder was dissolved in 40 mL isopropanol, 1 mL of the solution prepared by filtering through a 0.22 μm filter was added, reacted at room temperature for 15 minutes, washed 5 times with DW, and adipogenic differentiation was confirmed (Fig. 5).
실시예 1-4. 분리된 중간엽 줄기세포(MSC)의 골세포 분화능을 염색으로 확인Example 1-4. Confirmation of osteocyte differentiation potential of isolated mesenchymal stem cells (MSC) by staining
분리된 중간엽 줄기세포(MSC)의 골세포 분화능을 확인하기 위하여 상기 실시예 1-3과 동일한 방법으로, 9.5x104개의 세포를 6-well 플레이트에 넣고 10 nM 덱사메타손(Dexamethasone), 50 μg/mL 아스코르브산(Ascobic acid), 10 mM 베타-글리세롤포스페이트(β-glycerolphosphate), 1 mM 다이부틸-cAMP (Dibutyryl-cAMP), 10% FBS와 1X AA 등을 alpha minimum essential medium (αMEM) 배지에 넣어 제조한 배양 배지에서 배양하였다. 4일 후, 배양 배지를 모두 제거하고 다이부틸-cAMP가 없는 배지로 1주일에 2회씩 배양 배지를 교체하며 37℃의 5% CO2 인큐베이터에서 14일간 배양하여 MSC의 골세포로의 분화를 유도하였다. To confirm the osteocyte differentiation potential of isolated mesenchymal stem cells (MSCs), 9.5 x 10 4 cells were seeded in a 6-well plate using the same method as in Example 1-3 and cultured in a culture medium prepared by adding 10 nM dexamethasone, 50 μg/mL ascorbic acid, 10 mM β-glycerolphosphate, 1 mM dibutyryl-cAMP, 10% FBS, and 1X AA to alpha minimum essential medium (αMEM). After 4 days, the culture medium was completely removed and replaced with a medium without dibutyryl-cAMP twice a week, and cultured in a 5% CO 2 incubator at 37°C for 14 days to induce differentiation of MSCs into osteocytes.
이후, 시각적으로 골세포 분화를 확인하기 위하여 alizarin red S 염색을 수행하였다. 분화가 끝난 플레이트의 배양액을 제거하고 DPBS로 1회 세척한 후, 4% paraformaldehyde (PFA)를 1 mL 첨가하고 상온에서 세포를 고정하였다. 고정액을 제거하고 DPBS로 세척하고 distilled water (DW)를 이용하여 1%로 희석한 alizarin red S 용액을 2 mL씩 분주하여 상온에서 15분 동안 반응시켰다. 이후 DW로 5회 세척한 후, 1 mL의 DW를 분주한 채 현미경(Olympus)으로 골세포로 분화(Osteogenic differentiation)된 것을 확인하였다(도 5).Afterwards, alizarin red S staining was performed to visually confirm osteocyte differentiation. The culture medium of the plate where differentiation was completed was removed and washed once with DPBS, and 1 mL of 4% paraformaldehyde (PFA) was added and the cells were fixed at room temperature. The fixative was removed and washed with DPBS, and 2 mL of alizarin red S solution diluted to 1% using distilled water (DW) was dispensed and reacted at room temperature for 15 minutes. After washing 5 times with DW, 1 mL of DW was dispensed and osteocyte differentiation (osteogenic differentiation) was confirmed under a microscope (Olympus) (Fig. 5).
실시예 1-5. 분리된 중간엽 줄기세포(MSC) 연골세포 분화능을 염색으로 확인Example 1-5. Confirmation of the chondrocyte differentiation potential of isolated mesenchymal stem cells (MSCs) by staining
분리된 중간엽 줄기세포(MSC)의 연골세포 분화능을 확인하기 위하여 상기 실시예 1-3과 동일한 방법으로, 9.5x104개의 세포를 6-well 플레이트에 넣고 1X 인슐린 트랜스페린 셀레늄(Insulin transferrin selenium premix, ITS), 50 ng/mL 아스코르브산(Ascorbic acid), 40 μg/mL L-프롤린(L-proline), 100 nM 덱사메타손(Dexamethasone) 등의 성분과 10% FBS, 1X AA를 αMEM에 넣어 제조한 배양배지에 10 ng/mL의 전환성장인자(Transforming growth factor, TGF-β3)를 넣어 37℃의 5% CO2 배양기에서 21일간 배양하였다. 이후, 분화가 완료된 플레이트의 배양액을 제거하고 4% PFA를 이용하여 상온에서 세포를 고정시켰다.To confirm the chondrocyte differentiation potential of the isolated mesenchymal stem cells (MSCs), 9.5 x 10 4 cells were placed in a 6-well plate using the same method as in Example 1-3 and cultured in a culture medium prepared by adding 1X insulin transferrin selenium premix (ITS), 50 ng/mL ascorbic acid, 40 μg/mL L-proline, 100 nM dexamethasone, 10% FBS, and 1X AA to αMEM, and 10 ng/mL transforming growth factor (TGF-β3) was added. The cells were cultured in a 5% CO 2 incubator at 37°C for 21 days. Thereafter, the culture medium of the plate where differentiation was completed was removed, and the cells were fixed at room temperature using 4% PFA.
세포가 고정되면 DPBS로 세척하고 고정된 세포를 OCT compound에 넣어 초저온냉동고(-80℃)에서 하루간 냉동하였다. 냉동된 세포는 cryocut microtome을 이용하여 8 μm 두께의 절편을 제작하고 DW로 세척하였다. 해당 절편에 alcian blue 시약을 이용하여 제작한 1% alcian blue 용액을 첨가하고 상온에서 30분간 염색한 후, 0.1N로 제조한 HCl 용액으로 세척하고, DW로 세척한 후 연골세포로 분화(Chondrogenic differentiation)된 것을 확인하였다(도 5).Once the cells were fixed, they were washed with DPBS and the fixed cells were placed in OCT compound and frozen in an ultra-low temperature freezer (-80℃) for one day. The frozen cells were sectioned into 8 μm thick sections using a cryocut microtome and washed with DW. A 1% alcian blue solution prepared using an alcian blue reagent was added to the sections, stained for 30 minutes at room temperature, washed with a 0.1N HCl solution, and washed with DW to confirm differentiation into chondrocytes (Chondrogenic differentiation) (Fig. 5).
실시예 1-6. 중간엽 줄기세포(MSC)의 특성인 지방세포, 골세포, 연골세포로의 분화능을 RT-PCR로 검증Example 1-6. Verification of differentiation potential into adipocytes, osteocytes, and chondrocytes, which are characteristics of mesenchymal stem cells (MSCs), using RT-PCR
클로로포름(Chloroform)과 함께 TRI 시약을 사용하여 세포의 총 RNA를 분리하였다. Prime Script RT Master Mix를 사용하여 총 RNA 1μg에서 cDNA를 합성하였다. 합성된 cDNA를 PCR 기계(Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA)에서 AccuPower PCR PreMix (Bioneer)를 사용하여 PCR 반응을 수행하였다. PCR 산물을 아가로스 겔 전기영동으로 분석하였다(도 6). 사용된 프라이머(Primer) 세트는 표 1과 같다.Total RNA from cells was isolated using TRI reagent with chloroform. cDNA was synthesized from 1 μg of total RNA using Prime Script RT Master Mix. The synthesized cDNA was subjected to PCR reaction using AccuPower PCR PreMix (Bioneer) in a PCR machine (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA). The PCR products were analyzed by agarose gel electrophoresis (Fig. 6). The primer sets used are as shown in Table 1.
[표 1][Table 1]
상기 실시예 1-3 내지 1-6을 통해 분화능을 확인한 결과, 본 발명의 방법에 의해 인간 지방에서 분리된 중간엽 줄기세포의 순수성이 매우 높은 것을 확인하였고, 장기간 배양하는 동안에도 줄기세포로서의 특징을 갖는 것으로 나타났다(도 6).As a result of confirming differentiation ability through the above Examples 1-3 to 1-6, it was confirmed that the purity of mesenchymal stem cells isolated from human fat by the method of the present invention was very high, and it was shown that they had characteristics as stem cells even during long-term culture (Fig. 6).
실시예 2. 지방유래 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 제조 및 특성 확인Example 2. Production and characterization of adipose-derived mesenchymal stem cell spheroids (MiB)
실시예 2-1. 중간엽 줄기세포(MSC)의 자가조립화를 통한 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 제조 Example 2-1. Production of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) through self-assembly of mesenchymal stem cells (MSCs)
실시예 1-1의 분리된 중간엽 줄기세포(MSC)의 자가조립화를 위하여 배양기에서 배양했던 MSC를 PBS로 세척하고 Trypsin, Collagenase 등 단백질 분해효소로 처리하여 단일세포로 회수하였다. 웰(Well)에 세포를 100 내지 3,000 개수로 심고 원심분리하여 물리적 압력을 가한 후 37℃ 배양기에서 1, 2, 3 및 7일 동안 3차원 배양하였다. 시간이 지남에 따라 일정한 크기의 둥근 세포집합체인 중간엽 줄기세포 스페로이드(본 명세서에서 MiB로 명명하기도 함)가 생성되었다(도 7).For self-assembly of the isolated mesenchymal stem cells (MSCs) of Example 1-1, the MSCs cultured in the incubator were washed with PBS and treated with protein-decomposing enzymes such as trypsin and collagenase to recover single cells. 100 to 3,000 cells were seeded in a well, centrifuged to apply physical pressure, and then three-dimensionally cultured in a 37°C incubator for 1, 2, 3, and 7 days. Over time, mesenchymal stem cell spheroids (also referred to herein as MiB), which are round cell aggregates of a certain size, were generated (Fig. 7).
이후 공극 크기가 70 μm 및 300 μm인 이중 적층 셀 스트레이너(Strainer)를 통해 중간엽 줄기세포 스페로이드를 통과시켜 균일한 직경을 갖는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 분리하였다. 즉, 위 이중 적층 셀 스트레이너를 거침으로써 70 μm 내지 300 μm 사이즈의 스페로이드가 분류되었으며, 이러한 스페로이드는 균일한 구형 모양을 가졌다. Thereafter, the mesenchymal stem cell spheroids were passed through a double-stacked cell strainer with pore sizes of 70 μm and 300 μm to isolate mesenchymal stem cell spheroids with a uniform diameter. That is, by passing through the above double-stacked cell strainer, spheroids with sizes of 70 μm to 300 μm were classified, and these spheroids had a uniform spherical shape.
위 중간엽 줄기세포 스페로이드는 JuLi 스테이지 시스템을 사용하여 이미지화하였으며, MiB 직경은 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 측정되었다. 중간엽 줄기세포 스페로이드의 직경은 공여자 및 계대수별 크기에 큰 차이가 관찰되지 않았고 각 웰에 최소 40 μm에서 최대 260 μm 직경의 중간엽 줄기세포 스페로이드가 생성되었고 평균 직경은 98.74 μm ~ 116.81 μm으로서 균일한 직경을 갖는 것으로 나타났다(도 8).The above mesenchymal stem cell spheroids were imaged using a JuLi stage system, and the MiB diameter was measured using ImageJ software. The diameter of the mesenchymal stem cell spheroids did not differ significantly depending on the donor and passage number, and mesenchymal stem cell spheroids with a diameter of at least 40 μm and a maximum of 260 μm were generated in each well, and the average diameter was 98.74 μm to 116.81 μm, showing a uniform diameter (Fig. 8).
실시예 2-2. 중간엽 줄기세포(MSC)의 자가조립화를 통한 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 제조 Example 2-2. Production of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) through self-assembly of mesenchymal stem cells (MSCs)
실시예 1-1의 분리된 중간엽 줄기세포(MSC)의 자가조립화를 위하여 배양기에서 배양했던 MSC를 PBS로 세척하고 Trypsin, Collagenase 등 단백질 분해효소로 처리하여 단일세포로 회수하였다. 웰(Well)에 세포를 100 내지 2,500 개수로 심고 원심분리하여 물리적 압력을 가한 후 37℃ 배양기에서 1, 2, 3 및 7일 동안 3차원 배양하였다. 시간이 지남에 따라 평균 직경이 98.74 μm ~ 116.81 μm으로서 일정한 크기의 둥근 형태의 중간엽 줄기세포 스페로이드(본 명세서에서 MiB로 명명하기도 함)가 생성되었다.For self-assembly of the isolated mesenchymal stem cells (MSCs) of Example 1-1, the MSCs cultured in the incubator were washed with PBS and treated with protein-decomposing enzymes such as trypsin and collagenase to recover single cells. 100 to 2,500 cells were seeded in a well, centrifuged to apply physical pressure, and then three-dimensionally cultured in a 37°C incubator for 1, 2, 3, and 7 days. Over time, round mesenchymal stem cell spheroids (also referred to herein as MiB) of a constant size were generated, with an average diameter of 98.74 μm to 116.81 μm.
실시예 2-3. 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 공여자별 및 계대별 세포 생존력Example 2-3. Cell viability by donor and passage of mesenchymal stem cell spheroids (MiB)
본 발명의 방법으로 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드 속에 살아있는 세포를 조사하기 위하여 LIVE/DEADTM Viability/Cytotoxicity Kit 및 MTT Cell Proliferation Assay kit를 사용하여 세포생존율을 측정하였다. LIVE/DEAD viability/cytotoxicity kit 염색을 통해 살아있는 세포는 초록색, 죽은 세포를 붉은색으로 형광염색한 결과, 중간엽 줄기세포 스페로이드를 구성하는 대부분의 세포는 살아있었고 잘 결합되지 못하고 중간엽 줄기세포 스페로이드 바깥에 약하게 결합된 세포들은 붉은 색으로 염색되었다(도 9). 2차원 배양했을 때에 비하여 살아있는 세포는 계대 3의 MSC를 사용하였을 경우, 84%의 생존율을 보였고 계대 사이에 세포 생존율에는 큰 변화가 없었다(도 9). 이는 3차원 환경 내에 존재하는 세포가 더 안정적으로 생존하고 있음을 나타낸다.In order to investigate living cells in the mesenchymal stem cell spheroids manufactured by the method of the present invention, cell viability was measured using the LIVE/DEAD TM Viability/Cytotoxicity Kit and the MTT Cell Proliferation Assay kit. As a result of fluorescently staining living cells in green and dead cells in red through LIVE/DEAD viability/cytotoxicity kit staining, most of the cells constituting the mesenchymal stem cell spheroids were alive, and cells that were not well bound and weakly bound to the outside of the mesenchymal stem cell spheroids were stained red (Fig. 9). Compared to when cultured in two dimensions, the living cells showed a viability of 84% when
실시예 2-4. 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 DNA 함량 분석으로 세포 성장 확인Example 2-4. Confirmation of cell growth by analyzing DNA content of mesenchymal stem cell spheroids (MiB)
본 발명의 방법에 따라 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드의 DNA 함량은 Quant-iTTM PicoGreenTM dsDNA Assay Kit를 사용하여 측정하였다. 중간엽 줄기세포 스페로이드의 DNA 함량은 1일부터 7일까지 배양 기간 동안 큰 변화가 없었다(도 10).The DNA content of mesenchymal stem cell spheroids manufactured according to the method of the present invention was measured using Quant-iT TM PicoGreen TM dsDNA Assay Kit. The DNA content of mesenchymal stem cell spheroids did not change significantly during the culture period from
이러한 결과는 중간엽 줄기세포 스페로이드 배양 동안 유의미한 세포 증식이 감지되지 않고, 일정 기간 이상 유지능이 높게 나타나는 것을 보여준다.These results demonstrate that no significant cell proliferation is detected during the culture of mesenchymal stem cell spheroids, and that the cells remain highly viable for a certain period of time.
실시예 2-5. 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM)으로 관찰한 중간엽 줄기세포 스페로이드Example 2-5. Mesenchymal stem cell spheroids observed by scanning electron microscopy (SEM)
중간엽 줄기세포 스페로이드를 고정한 후, HCl-EtOH 용액으로 처리하였다. 처리된 중간엽 줄기세포 스페로이드 시료를 1% 사산화 오스뮴(Osmium tetroxide)으로 후고정시킨 후 탈수하고 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane, HMDS)을 사용하여 화학적 건조를 하였다. Q150TS를 사용하여 백금(Platinum) 층으로 코팅하였다. SEM 이미지는 10kV의 전압으로 Apreo S를 사용하여 획득하였다. SEM을 이용하여 중간엽 줄기세포 스페로이드를 관찰한 결과 중간엽 줄기세포 스페로이드가 매우 조밀한 구형의 구조를 보이며 표면이 매우 거칠고 세포 표면에 많은 수의 수포가 형성되어 있는 특징을 보였다(도 11). 이러한 결과를 통해 본 발명의 제조 방법에 따라 중간엽 줄기세포 스페로이드 생성시 생체 반응성 물질(Bioreactive materials)이 풍부한 세포외소포체가 다량 형성되었으며, wound healing, 피부재생 및 면역 조절 등에 대한 효과가 있는 것을 확인하였다.After fixing the mesenchymal stem cell spheroids, they were treated with HCl-EtOH solution. The treated mesenchymal stem cell spheroid samples were post-fixed with 1% osmium tetroxide, dehydrated, and chemically dried using hexamethyldisilazane (HMDS). They were coated with a platinum layer using Q150TS. SEM images were acquired using Apreo S at a voltage of 10 kV. As a result of observing the mesenchymal stem cell spheroids using SEM, the mesenchymal stem cell spheroids exhibited a very dense spherical structure, a very rough surface, and a large number of vesicles formed on the cell surface (Fig. 11). Through these results, it was confirmed that a large amount of extracellular vesicles rich in bioreactive materials were formed when the mesenchymal stem cell spheroids were produced according to the manufacturing method of the present invention, and that they are effective for wound healing, skin regeneration, and immune regulation.
실시예 2-6. 중간엽 줄기세포 스페로이드를 구성하는 세포의 중간엽 줄기세포 특성 확인Example 2-6. Confirmation of mesenchymal stem cell characteristics of cells forming mesenchymal stem cell spheroids
본 발명의 실시예에 따라 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드를 구성하는 세포들이 여전히 MSC의 특성을 유지하는지 확인하기 위하여 중간엽 줄기세포 스페로이드를 PBS로 세척하고 Trypsin, Collagenase 등 단백질 분해효소로 처리하여 단일 세포로 분리하였다. 분해한 세포는 상기 기술한 유세포분석 방법을 사용하여 중간엽 줄기세포 표면단백질의 발현을 조사하였다. 중간엽 줄기세포 스페로이드를 구성하는 세포가 CD29, CD44, CD73, CD90 및 CD105와 같은 MSC의 양성 표면 마커를 95% 이상 발현하였고, 음성 표면 마커인 CD31, CD45, CD79a, CD117, HLA-DR은 2% 이하로 발현하였다(도 12).In order to confirm whether the cells constituting the mesenchymal stem cell spheroids manufactured according to an embodiment of the present invention still maintain the characteristics of MSCs, the mesenchymal stem cell spheroids were washed with PBS and separated into single cells by treating them with protein-decomposing enzymes such as trypsin and collagenase. The separated cells were examined for the expression of mesenchymal stem cell surface proteins using the flow cytometry method described above. The cells constituting the mesenchymal stem cell spheroids expressed positive surface markers of MSCs such as CD29, CD44, CD73, CD90, and CD105 by more than 95%, and negative surface markers such as CD31, CD45, CD79a, CD117, and HLA-DR by less than 2% (Fig. 12).
또한, MiB를 분해하지 않고 Image-iT Fixation/Permeabilization Kit을 사용하여 고정하고 세포막 투과성을 높인 후, 실온(RT)에서 18시간 동안 3% 소 혈청 알부민(Bovine serum albumin, BSA)이 PBS에서 MSC 마커(CD73, CD90, CD105)에 대한 항체와 함께 배양하였다. PBS로 세척한 후 MiB를 형광표식 된 이차 항체와 함께 실온에서 6시간 동안 배양하였다. 실온에서 5분 동안 4',6-디아미디노-2-페닐인돌(4',6-diamidino-2-phenylindole, DAPI)를 처리하여 핵(푸른색)을 염색하였다. 그 결과, 형광염색 된 중간엽 줄기세포 스페로이드에서 대부분의 세포가 MSC 마커인 CD73(붉은색), CD90(초록색) 및 CD105(초록색)를 발현한다는 것을 확인하였다(도 13).In addition, after fixation and membrane permeability were increased using the Image-iT Fixation/Permeabilization Kit without disaggregating MiB, the cells were incubated with antibodies against MSC markers (CD73, CD90, CD105) in phosphate-buffered saline (PBS) containing 3% bovine serum albumin (BSA) for 18 h at room temperature (RT). After washing with PBS, MiB was incubated with fluorescently labeled secondary antibodies for 6 h at RT. Nuclei (blue) were stained by treating with 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) for 5 min at RT. As a result, it was confirmed that most cells in the fluorescently stained mesenchymal stem cell spheroids expressed the MSC markers CD73 (red), CD90 (green), and CD105 (green) (Fig. 13).
실시예 2-7. 중간엽 줄기세포 스페로이드의 세포외기질 발현양을 정량적 RT-PCR로 분석Example 2-7. Analysis of the expression level of extracellular matrix in mesenchymal stem cell spheroids using quantitative RT-PCR
MSC가 3차원 배양되어 중간엽 줄기세포 스페로이드로 형태학적 변화가 있을 때 세포외기질 유전자 발현이 어떻게 달라지는지 정량적 qRT-PCR (Quantitative real-time RT-PCR)을 통해 조사하였다. 실시예 1-6과 같이 TRI reagent를 사용하여 중간엽 줄기세포(SC) 또는 1일부터 및 7일까지 배양된 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서 RNA를 분리하고 Prime Script RT Master Mix를 사용하여 cDNA를 합성하였다. PCR 반응은 2X qPCRBIO SyGreen MiX Hi-ROX를 사용하여 수행하였다. COL1A1 (Collagen type I), COL3A1 (Collagen type 3), ELN (Elastin), FN1 (Fibronectin)에 대한 primer는 QuantiTect Primer Assays (Qiagen) 제품을 사용하였고, GAPDH는 발현량 보정으로 사용하였다. 분석 결과는 도 14와 같다.Quantitative real-time RT-PCR (qRT-PCR) was used to investigate how the expression of extracellular matrix genes changes when MSCs undergo morphological changes into mesenchymal stem cell spheroids through 3D culture. RNA was isolated from mesenchymal stem cells (SC) or mesenchymal stem cell spheroids (MiB) cultured for 1 and 7 days using TRI reagent as in Example 1-6, and cDNA was synthesized using Prime Script RT Master Mix. PCR reactions were performed using 2X qPCRBIO SyGreen MiX Hi-ROX. QuantiTect Primer Assays (Qiagen) were used as primers for COL1A1 (Collagen type I), COL3A1 (Collagen type 3), ELN (Elastin), and FN1 (Fibronectin), and GAPDH was used for expression level correction. The analysis results are shown in Fig. 14.
도 14에서 확인할 수 있는 바와 같이, Fibronectin 발현은 중간엽 줄기세포 스페로이드 배양 시간에 따라 급격히 증가하였으며, 1형 콜라겐도 2D 배양 중간엽 줄기세포와 비교하여 배양 1일째 증가하였다. 또한, 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드에서 ECM 관련 유전자 발현이 증가하며 최소 7일까지 투여 후에도 중간엽 줄기세포 스페로이드 내 MSC에 의하여 ECM 생산이 가능할 것으로 기대된다.As can be confirmed in Fig. 14, Fibronectin expression rapidly increased with the culture time of mesenchymal stem cell spheroids, and
실시예 2-8. 중간엽 줄기세포 스페로이드의 세포외기질 발현양을 효소면역측정법으로 분석Example 2-8. Analysis of extracellular matrix expression of mesenchymal stem cell spheroids using enzyme-linked immunosorbent assay
본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 또는 중간엽 줄기세포 스페로이드의 세포외기질 발현량을 분석하기 위해, 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 또는 중간엽 줄기세포 스페로이드를 1 mM 페닐메탄설포닐 플루오라이드(Phenylmethanesulfonyl fluoride) 및 프로테아제 억제제 칵테일(Protease inhibitor cocktail)을 포함하는 포유류 단백질 추출 시약(Mammalian protein extraction reagent)으로 분해하였다. 4℃에서 16,000 xg로 20분 동안 원심분리한 후, ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) 키트를 사용하여 1형 콜라겐, 파이브로넥틴, 히알루론산을 분석하였다. 그 결과, 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서는 1형 콜라겐, 파이브로넥틴, 히알루론산이 축적된 것으로 나타났다(도 15).In order to analyze the amount of extracellular matrix expression of the mesenchymal stem cells or mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention, the mesenchymal stem cells or mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention were lysed with a mammalian protein extraction reagent containing 1 mM phenylmethanesulfonyl fluoride and a protease inhibitor cocktail. After centrifugation at 16,000 ×g at 4°C for 20 minutes,
실시예 2-9. 형광면역염색으로 중간엽 줄기세포 스페로이드의 콜라겐 발현 확인Example 2-9. Confirmation of collagen expression in mesenchymal stem cell spheroids by fluorescent immunohistochemistry
본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에 포함된 세포외 기질 성분 중 콜라겐 발현을 확인하였다. 구체적으로, 파라핀 포매된 중간엽 줄기세포 스페로이드를 4 μm 두께로 절단하여 슬라이드를 제작하였다. 슬라이드를 탈파라핀화 및 수화 후, 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)를 형광표식 된 1형 콜라겐 항체로 면역염색하여 콜라겐 발현을 분석하였으며, 그 결과는 도 16과 같다.The expression of collagen, an extracellular matrix component included in the mesenchymal stem cell spheroid (MiB) according to the present invention, was confirmed. Specifically, the paraffin-embedded mesenchymal stem cell spheroid was cut to a thickness of 4 μm to produce a slide. After deparaffinization and hydration of the slide, the mesenchymal stem cell spheroid (MiB) was immunostained with a fluorescently labeled
도 16에서 확인할 수 있는 바와 같이, 단일세포와 비교하여 1형 콜라겐의 발현이 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서 현저히 높게 발현하는 것으로 나타났다.As can be seen in Figure 16, the expression of
실시예 2-10. 조직학적분석으로 중간엽 줄기세포 스페로이드의 콜라겐 발현 확인Example 2-10. Confirmation of collagen expression in mesenchymal stem cell spheroids by histological analysis
본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 콜라겐 발현을 조직학적 분석으로 확인하였다. 구체적으로, 실시예 2-9에서와 같이 파라핀 포매된 중간엽 줄기세포 스페로이드를 4 μm 두께로 절단하여 슬라이드를 제작하였다. 슬라이드를 탈파라핀화 및 수화 후, 1형 콜라겐에 대한 1차 항체와 비오틴화 (Biotinylated) 된 2차 항체를 사용한 면역조직(Immunohistochemistry, IHC) 염색하였다.Collagen expression of the mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention was confirmed by histological analysis. Specifically, the paraffin-embedded mesenchymal stem cell spheroids were sectioned to a thickness of 4 μm as in Example 2-9 to produce slides. After deparaffinization and hydration, the slides were stained with immunohistochemistry (IHC) using a primary antibody against
그 결과, 중간엽 줄기세포 스페로이드에서 콜라겐이 갈색으로 염색됨을 확인하였다(도 17A). 또한 trichrome staining kit을 사용하여 염색하였을 때, 청색으로 염색된 부위를 확인하였으며 중간엽 줄기세포 스페로이드에서 콜라겐이 있음을 확인하였다(도 17B).As a result, it was confirmed that collagen was stained brown in the mesenchymal stem cell spheroids (Fig. 17A). In addition, when stained using a trichrome staining kit, the area stained blue was confirmed and it was confirmed that collagen was present in the mesenchymal stem cell spheroids (Fig. 17B).
실시예 2-11. 중간엽 줄기세포 스페로이드의 성장인자 발현을 정량적 RT-PCR로 분석Example 2-11. Analysis of growth factor expression in mesenchymal stem cell spheroids using quantitative RT-PCR
본 발명의 방법에 따라 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서 섬유아세포성장인자(Fibroblast growth factor 2, FGF2), 혈소판유래성장인자(Platelet-derived growth factor subunit A, PDGFA), 혈관내피성장인자 A(Vascular endothelial growth factor A, VEGFA), 간세포성장인자(Hepatocyte growth factor, HGF), 인슐린유사성장인자 1(insulin-like growth factor 1, IGF-1)의 유전자 발현을 조사하기 위하여 실시예 2-7과 같이 정량적 RT-PCR을 수행하였다. Primer는 표 2와 같이 디자인하여 상기 기술한 정량적 RT-PCR을 수행하였으며, 그 결과는 도 18과 같다.In order to investigate the gene expression of fibroblast growth factor 2 (FGF2), platelet-derived growth factor subunit A (PDGFA), vascular endothelial growth factor A (VEGFA), hepatocyte growth factor (HGF), and insulin-like growth factor 1 (IGF-1) in mesenchymal stem cell spheroids (MiB) manufactured according to the method of the present invention, quantitative RT-PCR was performed as in Example 2-7. Primers were designed as shown in Table 2, and the quantitative RT-PCR described above was performed, and the results are as shown in Fig. 18.
[표 2][Table 2]
분석 결과, 여러 성장인자의 발현은 피부재생에 긍정적 효능이 있는 것으로 나타났다. 도 18에서와 같이 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 FGF2 및 PDGFA의 발현량은 감소했지만, VEGFA 및 HGF의 발현량은 증가함을 확인하였으며, 이는 신생혈관 형성 및 손상된 조직의 재생에 중간엽 줄기세포 스페로이드가 기여함을 나타낸다.The analysis results showed that the expression of several growth factors had a positive effect on skin regeneration. As shown in Fig. 18, the expression levels of FGF2 and PDGFA in mesenchymal stem cell spheroids (MiB) decreased, but the expression levels of VEGFA and HGF increased, indicating that mesenchymal stem cell spheroids contribute to the formation of new blood vessels and the regeneration of damaged tissue.
실시예 2-12. 중간엽 줄기세포 스페로이드의 직경 크기에 따른 유전자자 발현 차이 및 세포외 기질의 발현량 분석Example 2-12. Analysis of gene expression differences and extracellular matrix expression levels according to the diameter size of mesenchymal stem cell spheroids
중간엽 줄기세포 스페로이드의 직경 크기에 따른 유전자 발현 차이를 조사하기 위하여 웰에 500개 및 3,000개의 세포를 각각 심은 후, 약 100 μm 와 약 300 μm 직경을 가지는 두 종류의 중간엽 줄기세포 스페로이드를 제조하고 RNA를 분리하였다.To investigate the differences in gene expression according to the diameter size of mesenchymal stem cell spheroids, 500 and 3,000 cells were seeded per well, respectively. Two types of mesenchymal stem cell spheroids with diameters of approximately 100 μm and approximately 300 μm were prepared and RNA was isolated.
구체적으로, Illumina Truseq Stranded mRNA/total Library prep kit을 사용하여 mRNA 시퀀싱 라이브러리를 합성하였고 cBot 클러스터 제너레이션 자동화 시스템을 사용하여 클러스터를 제작한 후, Novaseq 6000 sequencing system (Illumina)으로 각각의 증폭된 cDNA의 시퀀스를 서열화하였다. 직경이 다른 두 종류의 중간엽 줄기세포 스페로이드의 유전자 발현을 Tophat (v2.0.13)로 맵핑(Mapping) 후, Cuffdiff (v2.2.0)로 유전자 발현 차이(DEG, Differentially expressed gene)를 분석하였다. 유의미한 발현 변화를 보이는 유전자들을 선택하고 DAVID로 유전자 온톨로지(Ontology) 분석하여 스페로이드 크기에 영향받는 pathway를 조사하였으며, 그 결과는 도 19 및 도 20에 나타내었다.Specifically, an mRNA sequencing library was synthesized using the Illumina Truseq Stranded mRNA/total Library prep kit, and clusters were constructed using the cBot cluster generation automation system, and then the sequence of each amplified cDNA was sequenced using the Novaseq 6000 sequencing system (Illumina). The gene expression of two types of mesenchymal stem cell spheroids with different diameters was mapped using Tophat (v2.0.13), and the differentially expressed gene (DEG) was analyzed using Cuffdiff (v2.2.0). Genes showing significant expression changes were selected and analyzed using DAVID for gene ontology to investigate the pathway affected by the spheroid size, and the results are shown in Figs. 19 and 20.
도 19의 히트맵(Heatmap)에서와 같이, 2차원 배양한 중간엽 줄기세포(SC)와 비교하여 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(Spheroids)는 직경이 증가할수록 발현변화를 보이는 유전자의 수가 증가하였다. 2배 이상 발현이 증가한 유전자의 개수는 직경 100 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드는 556개, 300 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드는 787개였고, 발현이 감소한 유전자의 개수는 직경 100 μm 스페로이드는 816개, 300 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드는 898개였다. 또한, 직경 100 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드는 Biological process 측면에서 ECM organization 및 Cell adhesion이 높게 나타났으며, Cellular Components 측면에서 ECM 성분 및 ECM space가 높은 것으로 나타났다. 또한, Molecular Function 측면에서 ECM binding, Structural constituent of cytoskeleton, Collagen binding, Heparin binding, growth factor activity, ECM Structural constituent의 순서로 특성이 높게 나타났다.As shown in the heatmap of Fig. 19, compared to the two-dimensionally cultured mesenchymal stem cells (SC), the number of genes showing expression changes in the mesenchymal stem cell spheroids of the present invention increased as the diameter increased. The number of genes whose expression increased by more than 2-fold was 556 for the 100 μm diameter mesenchymal stem cell spheroids and 787 for the 300 μm diameter mesenchymal stem cell spheroids, and the number of genes whose expression decreased was 816 for the 100 μm diameter spheroids and 898 for the 300 μm diameter mesenchymal stem cell spheroids. In addition, the 100 μm diameter mesenchymal stem cell spheroids showed high ECM organization and cell adhesion in terms of Biological process, and high ECM components and ECM space in terms of Cellular Components. In addition, in terms of molecular function, the characteristics were high in the following order: ECM binding, structural constituent of cytoskeleton, collagen binding, heparin binding, growth factor activity, and ECM structural constituent.
이러한 결과를 통해, 중간엽 줄기세포 스페로이드를 구성하고 있는 세포의 미세 환경은 스페로이드의 크기에 영향을 받으며, 직경이 커질수록 중간엽 줄기세포 스페로이드의 중심부에 영양분과 산소 공급이 제한되는 등의 미세환경의 차이로 인해 100 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드 대비 300 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드에서 유전자 발현 변화가 유발되어 중간엽 줄기세포 고유의 유전자 발현 양상과 차이를 보였다. These results suggest that the microenvironment of cells composing mesenchymal stem cell spheroids is affected by the size of the spheroids, and that as the diameter increases, differences in the microenvironment, such as limited supply of nutrients and oxygen to the center of the mesenchymal stem cell spheroid, induced changes in gene expression in 300 μm mesenchymal stem cell spheroids compared to 100 μm mesenchymal stem cell spheroids, showing differences from the unique gene expression pattern of mesenchymal stem cells.
또한 직경 300 μm의 중간엽 줄기세포 스페로이드에 비해 100 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드에서 세포외 기질을 구성하는 유전자의 발현이 매우 높았다. 세포외 기질 성분 중 콜라겐은 지방과 물을 제외한 피부조직 중량(Fat-free dry weight)의 77%를 차지하는 주요단백질로써 피부의 강성과 탄력성에 매우 중요하다. 콜라겐은 28가지 타입이 있으며 콜라겐 타입 I이 피부 콜라겐의 80-90%, 타입 III가 10-15%를 차지한다.In addition, the expression of genes constituting the extracellular matrix was much higher in 100 μm mesenchymal stem cell spheroids than in 300 μm mesenchymal stem cell spheroids. Among the extracellular matrix components, collagen is a major protein that accounts for 77% of the fat-free dry weight of skin tissue, excluding fat and water, and is very important for the strength and elasticity of the skin. There are 28 types of collagen, and collagen type I accounts for 80-90% of skin collagen, and type III accounts for 10-15%.
이에, 직경 100 μm 및 300 μm인 각 중간엽 줄기세포 스페로이드에서 세포외 기질의 유전자 발현을 비교한 결과, 도 20에서 확인할 수 있는 바와 같이 직경 100 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드의 콜라겐 타입 I과 III의 유전자 발현이 훨씬 높은 것을 확인하였다(도 20A). 또한, 다른 콜라겐 타입(V, VI, XIII, XVIII), 피브로넥틴 및 엘라스틴의 유전자 발현이 직경 100 μm 중간엽 줄기세포 스페로이드에서 더 높게 나타났다(도 20B).Accordingly, as a result of comparing the gene expression of the extracellular matrix in each mesenchymal stem cell spheroid with a diameter of 100 μm and 300 μm, it was confirmed that the gene expression of collagen types I and III was much higher in the mesenchymal stem cell spheroid with a diameter of 100 μm, as can be confirmed in Fig. 20 (Fig. 20A). In addition, the gene expression of other collagen types (V, VI, XIII, XVIII), fibronectin, and elastin was found to be higher in the mesenchymal stem cell spheroid with a diameter of 100 μm (Fig. 20B).
따라서 중간엽 줄기세포 스페로이드는 직경에 따라 유전자 발현량이 차이가 있으며, 본 발명에 따라 제조된 특정 범위의 직경을 가지는 중간엽 줄기세포 스페로이드가 매우 높은 ECM 유전자의 발현을 보이며 피부 상처 또는 흉터 치료에 매우 적합함을 확인하였다.Therefore, mesenchymal stem cell spheroids have different gene expression levels depending on their diameter, and it was confirmed that mesenchymal stem cell spheroids having a specific range of diameters manufactured according to the present invention exhibit very high expression of ECM genes and are highly suitable for treating skin wounds or scars.
실시예 3. 중간엽 줄기세포 스페로이드-히알루론산(HA) 조성물(MiB-HA) 및 이의 특성Example 3. Mesenchymal stem cell spheroid-hyaluronic acid (HA) composition (MiB-HA) and its characteristics
실시예 3-1. 중간엽 줄기세포 스페로이드-히알루론산(HA) 조성물(MiB-HA) 제조 Example 3-1. Preparation of mesenchymal stem cell spheroid-hyaluronic acid (HA) composition (MiB-HA)
본 발명에 따라 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)(2.5x105 혹은 2.5x106 cells/mL)를 히알루론산(HA) 2 mg/mL에 고르게 분포하도록 현탁시켜 중간엽 줄기세포 스페로이드-히알루론산 조성물을 제조하였다. 투여용량은 0.1 mL을 사용하였다.Mesenchymal stem cell spheroids (MiB) manufactured according to the present invention (2.5x10 5 or 2.5x106 cells/mL) was evenly distributed in 2 mg/mL of hyaluronic acid (HA) to prepare a mesenchymal stem cell spheroid-hyaluronic acid composition. The administered dose was 0.1 mL.
실시예 3-2. 마우스 피부에 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드의 볼륨 유지능Example 3-2. Volume maintenance ability of mesenchymal stem cell spheroids injected into mouse skin
본 발명에 따라 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드에 의해 볼륨이 유지되는지를 평가하여 지속성 및 부작용 여부를 확인하였다.The volume was maintained by evaluating the mesenchymal stem cell spheroids manufactured according to the present invention to determine the sustainability and side effects.
구체적으로, 7주령 비 비만형 당뇨병 중증복합면역결핍 마우스 [Non-obese diabetic SCID gamma (NSG) mice, NOD, Cg-Prkdcscid Il2rg tm 1Wjl/SzJ]를 아래 표 3과 같이 무작위 4개 그룹을 구성하였다.Specifically, 7-week-old non-obese diabetic SCID gamma (NSG) mice [NOD, Cg-Prkdcscid Il2rg tm 1Wjl/SzJ] were randomly divided into four groups as shown in Table 3 below.
[표 3][Table 3]
등쪽 피부의 왼쪽 2개 영역과 오른쪽 영역 2개에 SA, dHA 및 중간엽 줄기세포 스페로이드-히알루론산 조성물(MiB-HA)를 피하 주사하고 잔류 부피 측정을 위해 12주 동안 캘리퍼스(Caliper)를 사용하여 주입된 피부의 길이, 너비 및 높이를 매주 측정하고 부피를 산출하였다. 부피는 아래와 같은 식을 사용하여 계산하였다.SA, dHA, and mesenchymal stem cell spheroid-hyaluronic acid composition (MiB-HA) were injected subcutaneously into two left and two right areas of the dorsal skin, and the length, width, and height of the injected skin were measured weekly using a caliper for 12 weeks to measure the residual volume, and the volume was calculated. The volume was calculated using the following equation.
부피= 4/3 x π x (1/2 x 길이) x (1/2 x 너비) x (1/2 x 높이)Volume = 4/3 x π x (1/2 x length) x (1/2 x width) x (1/2 x height)
도 21에서 확인할 수 있는 바와 같이, 같이 저용량(Low) 및 고용량(High) 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물을 주입했을 때 주사 후 4주까지 초기의 볼륨이 잘 유지되었다. 두 용량의 중간엽 줄기세포 스페로이드는 주입 후 5주부터 시간이 지남에 따라 약간 부피가 감소하였으나 고용량 중간엽 줄기세포 스페로이드(High)의 경우 12주까지 dHA 그룹에 대비하여 유의하게 볼륨을 유지하는 것으로 나타났다.As can be seen in Fig. 21, when a composition containing low-dose (Low) and high-dose (High) mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid was injected, the initial volume was well maintained for up to 4 weeks after injection. The volume of both doses of mesenchymal stem cell spheroids decreased slightly over time from 5 weeks after injection, but the high-dose mesenchymal stem cell spheroids (High) were found to significantly maintain the volume compared to the dHA group for up to 12 weeks.
또한, 조직학적 분석을 위해 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물을 주사 후 8주 또는 12주에 피부를 채취하고 4% PFA로 고정하고 파라핀에 포매하였다. 4 μm 두께로 절편한 조직 슬라이드를 탈파라핀화하고 Trichrome Staining Kit를 사용하여 염색하였다. 그 결과, 이식 후 8주 후에 사라진 dHA 이식과 달리 중간엽 줄기세포 스페로이드(Low, High) 및 히알루론산을 포함하는 조성물은 마우스의 피하 부위에 남아 볼륨을 유지하는 것으로 관찰되었다(도 22).In addition, for histological analysis, the skin was collected 8 or 12 weeks after injection of the composition containing mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid, fixed with 4% PFA, and embedded in paraffin. Tissue slides sectioned at 4 μm thickness were deparaffinized and stained using a Trichrome Staining Kit. As a result, unlike the dHA transplantation that disappeared 8 weeks after transplantation, the composition containing mesenchymal stem cell spheroids (Low, High) and hyaluronic acid was observed to remain in the subcutaneous area of the mouse and maintain the volume (Fig. 22).
실시예 3-3. 마우스 피부에 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드(Microblock)-히알루론산(HA) 조성물의 생착 및 생존능Example 3-3. Engraftment and viability of mesenchymal stem cell spheroid (Microblock)-hyaluronic acid (HA) composition injected into mouse skin
이식된 중간엽 줄기세포 스페로이드의 생존을 확인하기 위해 인간 특이적 Alu 서열을 사용한 PCR 및 인간 특이적 HER2에 대한 SISH를 수행하였다. 중간엽 줄기세포 스페로이드 및 히알루론산을 포함하는 조성물을 이식하고 나서, 4주 또는 8주 후에 마우스를 희생하고 피부를 절단하여 AccuPrep Genomic DNA Extraction Kit를 사용하여 DNA를 추출하였다. 아래 표 4의 primer를 사용하여 94℃에서 5분, 94℃에서 30초, 58℃에서 15초, 72℃에서 30초, 35 사이클로 PCR 하였다. PCR 산물은 1% agarose gel을 통한 전기영동으로 확인하였다.To confirm the survival of the transplanted mesenchymal stem cell spheroids, PCR using human-specific Alu sequences and SISH for human-specific HER2 were performed. After transplanting the composition containing mesenchymal stem cell spheroids and hyaluronic acid, the mice were sacrificed 4 or 8 weeks later, the skin was cut, and DNA was extracted using AccuPrep Genomic DNA Extraction Kit. Using the primers in Table 4 below, PCR was performed at 94°C for 5 minutes, 94°C for 30 seconds, 58°C for 15 seconds, and 72°C for 30 seconds, 35 cycles. The PCR products were confirmed by electrophoresis through 1% agarose gel.
[표 4][Table 4]
PCR 분석 결과, 인간 세포에서만 발현되는 인간 특이적 Alu 서열이 중간엽 줄기세포 스페로이드를 포함하는 조성물의 이식 후 4주 및 8주째에 마우스의 조직 샘플에서 발현되는 것으로 나타났다(도 23A).PCR analysis results showed that human-specific Alu sequences, which are expressed only in human cells, were expressed in tissue samples from
또한, 마우스 피부에 이식된 인간 세포의 검출을 재검증하기 위해 silver-enhanced in situ hybridization (SISH)을 수행하였다. 구체적으로, 탈파라핀화 한 조직슬라이드를 시트레이트(Citrate)로 처리하여 변성시키고, 하이브리다이제이션(Hybridization) 용액에 인간 표피성장인자 수용체 2(Human epidermal growth factor receptor 2, HER2) 및 염색체 17 프로브(Probe)를 섞어 반응시켰다. 세척 후 HER2 결합 신호는 은 아세테이트(Silver acetate), 하이드로퀴논(Hydroquinone), H2O2를 순차적으로 첨가한 후 은 침전에 의해 가시화하였고 염색체 17 신호는 패스트 레드 나프톨 포스페이트(Fast red and naphthol phosphate)와의 반응에 의해 가시화하였다. 헤마톡실린으로 대조염색하여 시각화한 결과, 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드는 이식 후 4주된 마우스 피부 아래에서 생존하고 있었다(도 23B). 인간 세포의 핵을 특이적으로 식별하는 형광표식 된 STEM 101 항체를 사용한 형광면역염색 또한 피부에 주입한 중간엽 줄기세포 스페로이드의 성공적인 생착 및 생존을 확인하였다(도 23C).In addition, silver-enhanced in situ hybridization (SISH) was performed to re-verify the detection of human cells transplanted into mouse skin. Specifically, deparaffinized tissue slides were denatured by treating with citrate, and the human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) and chromosome 17 probe were mixed and reacted in a hybridization solution. After washing, the HER2 binding signal was visualized by silver precipitation after sequential addition of silver acetate, hydroquinone, and H 2 O 2 , and the chromosome 17 signal was visualized by reaction with fast red and naphthol phosphate. Visualized by counterstaining with hematoxylin, the injected mesenchymal stem cell spheroids were viable under the skin of
실시예 3-4. 마우스 피부에 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드 생착주변부의 혈관을 면역염색으로 분석Example 3-4. Analysis of blood vessels surrounding the engraftment of mesenchymal stem cell spheroids injected into mouse skin by immunostaining
내피 세포로 분화하는 능력을 포함하여 MSC의 다계통 분화 가능성을 감안할 때, 내피 세포가 마우스 신생혈관 형성 또는 사람 중간엽 줄기세포 분화에서 유래했는지를 식별하는 것이 중요하다.Given the multilineage differentiation potential of MSCs, including the ability to differentiate into endothelial cells, it is important to discern whether the endothelial cells originate from mouse angiogenesis or human mesenchymal stem cell differentiation.
혈관을 염색하기 위해 실시예 3-2에서와 같이 중간엽 줄기세포 스페로이드 주사 후 8주에 피부를 채취하고 4% PFA로 고정하고 파라핀에 포매하였다. 4 μm 두께로 연속 절편한 조직슬라이드를 CD31 1차 항체 또는 XRCC5 1차 항체를 희석하여 정치하였으며, Discovery XT 자동 면역 조직 화학 염색기를 사용하였다. 검출은 Ventana ChromoMap Kit를 사용하여 수행되었으며, 절편은 헤마톡실린(Hematoxylin) 및 블루잉(Bluing) 시약으로 대비 염색 후 시각화 했다. XRCC5는 사람 핵의 특정 검출을 가능하게 한다. 중간엽 줄기세포 스페로이드의 생착 부위의 CD31 양성 미세혈관에서 XRCC5은 검출되지 않았다(도 24). 주입된 중간엽 줄기세포 스페로이드가 생착된 주변주에서 발견되는 미세혈관이 인간 중간엽 줄기세포의 분화가 아니라 인접한 마우스 혈관에서 유래했음을 확인하였다.To stain blood vessels, the skin was collected 8 weeks after the injection of mesenchymal stem cell spheroids as in Example 3-2, fixed with 4% PFA, and embedded in paraffin. Tissue slides were serially sectioned at 4 μm thickness, and CD31 primary antibody or XRCC5 primary antibody was diluted and fixed, and the Discovery XT automated immunohistochemical stainer was used. Detection was performed using Ventana ChromoMap Kit, and the sections were visualized after counterstaining with hematoxylin and bluing reagent. XRCC5 enables specific detection of human nuclei. XRCC5 was not detected in CD31-positive microvessels at the site of engraftment of mesenchymal stem cell spheroids (Fig. 24). It was confirmed that the microvessels found in the periphery where the injected mesenchymal stem cell spheroids engrafted were not differentiated from human mesenchymal stem cells but derived from adjacent mouse blood vessels.
실시예 4.Example 4. 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 물리적 특성 확인Confirmation of physical characteristics of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention
(1) Wet weight 분석(1) Wet weight analysis
본 발명에 따라 제조된 중간엽 줄기세포 스페로이드(본 발명에서 MiB 또는 TRTP-101로 지칭함)의 체외에서의 특성을 확인하기 위해 Wet weight 분석을 수행하였다. 구체적으로 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 무게를 확인하기 위해 제작량인 1,200개의 합산 무게를 측정하여 개당 무게를 추정하였으며, 그 결과는 아래 표 5와 같다.In order to confirm the in vitro characteristics of the mesenchymal stem cell spheroids manufactured according to the present invention (referred to as MiB or TRTP-101 in the present invention), a wet weight analysis was performed. Specifically, in order to confirm the weight of the mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention, the total weight of 1,200 pieces, which is the production quantity, was measured to estimate the weight per piece, and the results are as shown in Table 5 below.
[표 5][Table 5]
측정결과, 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 wet weight는 개당 약 3.19±0.46 μg인 것으로 확인되었다.As a result of the measurement, the wet weight of the mesenchymal stem cell spheroid according to the present invention was confirmed to be approximately 3.19±0.46 μg per unit.
(2) Dry weight 분석(2) Dry weight analysis
배지 또는 완충용액(Buffer) 등 용매의 영향을 제외하고 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 정확한 무게를 측정하기 위해 동결건조 방법을 이용하여 dry weight을 측정하는 실험을 수행하였다.In order to measure the exact weight of the mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention, excluding the influence of solvents such as a medium or buffer, an experiment was performed to measure the dry weight using a freeze-drying method.
①Dry weight 측정 실험 workflow①Dry weight measurement experiment workflow
체외에서 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 특성 중 하나인 dry weight을 확인하기 위하여 진행한 실험의 workflow는 다음과 같다. 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에 대해 2인의 실험자가 따로 실험을 진행하여 실험자 간 편차를 확인하였다. 세포는 70% confluency일 때 회수되었으며, 0.5K 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)는 10%의 소 태아 혈청과 1X 항생항진균제를 넣은 DMEM으로 영양분을 공급하며 37℃의 5% CO2 배양기에서 2일간 배양하였다. 아래 표 6과 같이 그룹핑을 구성하였다.The workflow of the experiment conducted to confirm the dry weight, which is one of the characteristics of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) in vitro, is as follows. Two experimenters separately conducted the experiment on the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) according to the present invention to confirm the variation between the experimenters. The cells were harvested when they were 70% confluent, and the 0.5K mesenchymal stem cell spheroids (MiB) were cultured in a 5% CO 2 incubator at 37°C for 2 days while supplying nutrients with DMEM containing 10% fetal bovine serum and 1X antibiotic and antimycotic. The grouping was configured as shown in Table 6 below.
[표 6][Table 6]
중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 배양 기간 중, 회수에 사용할 5 mL tube 및 parafilm은 회수 이전에 전자저울을 이용해 무게를 측정하였다. 각 그룹은 전자저울을 이용해 3회씩 무게를 측정한 후, 3회 측정값의 평균을 구해 무게를 산출하였다. 매 회 측정 전마다 전자저울의 영점을 다시 맞춘 후 다시 무게를 측정하였으며, 이전 무게와 0.2 μg 이상 무게 차이가 확인되는 경우 영점을 다시 맞춘 후 무게를 측정하였다.During the culture period of mesenchymal stem cell spheroids (MiB), the 5 mL tubes and parafilms to be used for recovery were weighed using an electronic balance before recovery. Each group was weighed three times using an electronic balance, and the average of the three measurements was calculated to calculate the weight. Before each measurement, the electronic balance was reset to zero and then weighed again. If a weight difference of 0.2 μg or more from the previous weight was confirmed, the zero point was reset and the weight was measured again.
제작 시점 기준 48시간 동안 배양된 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)를 5 mL tube에 각각 0개, 4800개, 9600개씩 3 반복으로 회수한 후, 200 μL의 DPBS에 부유하였다. 5 mL tube의 입구를 parafilm으로 밀봉한 뒤 30 gauge needle로 구멍을 내고, 동결건조기를 이용해 2일간 건조하였다. 동결건조가 완료된 샘플은 마찬가지로 전자저울을 이용해 3회 무게를 측정한 뒤, 측정값의 평균을 구해 무게를 산출하였다. 동결건조가 끝난 샘플의 무게에서, 사전에 측정한 5 mL tube 및 parafilm의 무게를 제하여 각각 4800개, 9600개의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) dry weight을 확인하였으며, 계산된 dry weight을 다시 각각의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 개수로 나누어 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 1개의 무게를 구하였다. After 48 hours of culture, mesenchymal stem cell spheroids (MiB) cultured at 0, 4,800, and 9,600 in 5 mL tubes were collected in 3 replicates, and then suspended in 200 μL of DPBS. The inlet of the 5 mL tube was sealed with parafilm, a hole was poked with a 30 gauge needle, and dried for 2 days using a freeze dryer. The weight of the freeze-dried sample was measured three times using an electronic balance, and the average of the measurements was calculated to calculate the weight. From the weight of the freeze-dried sample, the dry weights of 4,800 and 9,600 mesenchymal stem cell spheroids (MiB) were confirmed by subtracting the weights of the 5 mL tube and parafilm measured in advance. The calculated dry weight was divided by the number of each mesenchymal stem cell spheroid (MiB) to obtain the weight of 1 mesenchymal stem cell spheroid (MiB).
② 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 및 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 dry weight 측정 결과 ② Results of dry weight measurement of mesenchymal stem cell spheroids (MiB ) and mesenchymal stem cell spheroids (MiB)
Dry weight 측정 실험 workflow에 따라 측정된 4800개/9600개의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) dry weight, 그리고 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 dry weight 대한 측정 결과는 하기 표 7과 같으며, 두 실험자 간 단일 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) dry weight 측정 편차는 도 25와 같이 나타났으며, 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 중량에 대한 선형 추세 결과는 도 26에 나타내었다.The dry weight of 4800/9600 mesenchymal stem cell spheroids (MiB) measured according to the dry weight measurement experimental workflow, and the measurement results for the dry weight of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) are as shown in Table 7 below. The single mesenchymal stem cell spheroid (MiB) dry weight measurement deviation between the two experimenters was shown in Fig. 25, and the linear trend result for the mesenchymal stem cell spheroid (MiB) weight is shown in Fig. 26.
[표 7][Table 7]
상기 표 7 및 도 25를 참고하면, 실험자 1과 2가 측정한 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 무게는 각각 336.2±30.5 ng, 322.9.2±17.6 ng (Mean ±S.D.)이며 통계적으로 유의미한 차이는 없었다.Referring to Table 7 above and Figure 25, the weights of the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention measured by
또한, 두 실험자의 0개, 4800개, 9600개 중간엽 줄기세포 스페로이드의 dry weight data를 통합한 후 이를 이용해 선형 추세선을 구한 결과, R2=0.9917으로 해당 실험은 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(도 26).In addition, the dry weight data of 0, 4,800, and 9,600 mesenchymal stem cell spheroids from two experimenters were integrated and used to obtain a linear trend line, and the experiment was found to be statistically significant with R2 =0.9917 (Fig. 26).
또한, 추세선을 통해 계산할 수 있는 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 1개의 dry weight인 317 ng은 표 7의 측정된 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 무게 범위에 포함이 되는 것으로 나타났다.Additionally, the dry weight of 317 ng of one mesenchymal stem cell spheroid (MiB) that can be calculated through the trend line was found to be within the weight range of the measured mesenchymal stem cell spheroid (MiB) in Table 7.
실시예 5.Example 5. 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 단백질체 분석Proteomic analysis of mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention
(1) 단일세포와 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드 구성 단백질 수 분석(1) Analysis of the number of proteins constituting single cells and mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention
본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드가 단일세포에 대비하여 가지는 특성을 확인하기 위하여 제작된 중간엽 줄기세포 스페로이드와 단일세포의 단백질체 분석을 진행하였다.In order to confirm the characteristics of mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention compared to single cells, proteomic analysis of the produced mesenchymal stem cell spheroids and single cells was performed.
해당 분석을 위하여, Lee, Jangho, et al.의 방법에 따라 샘플을 4% SDS가 함유된 lysis 버퍼에 넣고 100℃에서 10분 동안 끓인 후, 18,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 단백질을 추출하였다. 이를 Bicinchoninicacid 분석법(BCA)으로 측정하고 SDS-PAGE gel로 분리하여 in-gel digestion을 진행하였다. Lee, Sang-Yeop, et al.의 방법에 따라 분자량 별로 gel을 분획하여 30% 메탄올과 10 mM 중탄산암모늄(Ammonium bicarbonate) 및 50% 아세토나이트릴(Acetonitrile)로 제조된 용액으로 gel을 세척하였다. 세척 후 gel은 건조하여 10 mM 디티오트레이톨(Dithiothreitol)과 55 mM 요오드아세트아미드(Iodoacetamide)로 환원시킨 후, 37℃에서 12-16시간 동안 50 mM 암모늄중탄산염(Ammonium bicarbonate)으로 트립신 소화(Tryptic digestion)를 진행하였다. 5% 트리플루아세틸에시드(Trifluoroacetylacid, TFA)와 50% 아세토나이트릴(Acetonitrile)을 포함하는 50 mM 중탄산암모늄(Ammonium bicarbonate) 용액으로 트립틱 펩타이드(Tryptic peptide)를 추출하고 4℃에서 보관하였다.For the analysis, the sample was placed in a lysis buffer containing 4% SDS, boiled at 100°C for 10 min, and centrifuged at 18,000 rpm for 10 min to extract proteins according to the method of Lee, Jangho, et al. The proteins were measured by bicinchoninic acid analysis (BCA) and separated on an SDS-PAGE gel to perform in-gel digestion. The gel was fractionated by molecular weight according to the method of Lee, Sang-Yeop, et al., and the gel was washed with a solution prepared with 30% methanol, 10 mM ammonium bicarbonate, and 50% acetonitrile. After washing, the gel was dried and reduced with 10 mM dithiothreitol and 55 mM iodoacetamide, followed by tryptic digestion with 50 mM ammonium bicarbonate at 37°C for 12–16 h. Tryptic peptides were extracted with a 50 mM ammonium bicarbonate solution containing 5% trifluoroacetylacid (TFA) and 50% acetonitrile and stored at 4°C.
위 방법에 따라 보관된 용액을 0.5% TFA에 용해하여 탠덤 질량분석기를 이용한 액체 크로마토그래피(Liquidchromatography with tandem mass spectrometry, LC-MS/MS) 분석을 수행하였다. 용출된 시료 5 μL를 100 μm × 2 cm 크기의 nanoviper trap column과 75 μm × 15 cm 크기의 nanoviper analysis column (Thermo Fisher Scientific)을 이용하여 5%-40%의 아세트나이트릴(Acetonitrile)에 300 nL/min의 유속으로 95분 이상 용출하였다. 모든 MS 및 MS/MS 스펙트럼 데이터는 QExactive Plus mass spectrometer (Thermo Fisher Scientific)에 의해 분석되었다.The solution stored according to the above method was dissolved in 0.5% TFA and analyzed by liquid chromatography with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). 5 μL of the eluted sample was eluted with 5%-40% acetonitrile at a flow rate of 300 nL/min for more than 95 minutes using a 100 μm × 2 cm nanoviper trap column and a 75 μm × 15 cm nanoviper analysis column (Thermo Fisher Scientific). All MS and MS/MS spectral data were analyzed by a QExactive Plus mass spectrometer (Thermo Fisher Scientific).
단백질 식별(Identification)은 단위 원소의 질량 선택(Monoisotopic mass selection), 전구체 질량 허용 오차(Precursor mass tolerance) ±5 Da, 분해질량 허용 오차(Fragment mass tolerance) ±0.8 Da, 2개의 잘못된 분열과 수정된 카바미도메틸시스테인(Carbamidomethylcysteine)에 기반하여 확인되었다. 개별 스펙트럼은 각 데이터베이스 검색에 의해 구체적으로 계산된 0.05의 Mascot 이온 임계값 점수를 기준으로 수용되었다. 펩타이드 유효성 검사기(Peptide validator)를 이용하여 임계값을 초과하는 펩타이드 및 단백질을 매칭하여 분석하였으며 1.0%의 허위 발견률(False discovery rates, FDR)을 적용하였다.Protein identification was based on monoisotopic mass selection, precursor mass tolerance ±5 Da, fragment mass tolerance ±0.8 Da, two miscleavages, and a corrected carbamidomethylcysteine. Individual spectra were accepted based on a Mascot ion threshold score of 0.05 specifically calculated by each database search. Peptide validator was used to match peptides and proteins exceeding the threshold, and a false discovery rate (FDR) of 1.0% was applied.
단일세포와 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)는 그룹당 3개 샘플로 실험을 진행하였으며, 그 결과는 도 27과 같다.Single cells and mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention were tested with three samples per group, and the results are as shown in Figure 27.
도 27에서 확인할 수 있는 바와 같이, 단일세포와 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB) 구성 단백질 수를 분석한 결과, 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)와 단일세포 간의 각 구성하는 전체 단백질의 개수는 약 3%로 소폭 증가하였음을 확인하였다.As can be confirmed in Figure 27, the number of proteins constituting the single cell and the mesenchymal stem cell spheroid (MiB) of the present invention was analyzed, and it was confirmed that the total number of proteins constituting each of the mesenchymal stem cell spheroid (MiB) and the single cell slightly increased by about 3%.
(2) 단일세포와 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 주성분 분석 (2) Principal component analysis of single cells and mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention
샘플을 구성하는 단백질을 이용하여 그룹 간 연관성 및 단백질 구성 차이를 확인하기 위하여 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)과 히트맵(Heatmap) 분석을 진행하였다. 구성된 단백질의 연관성을 나타내는 PCA 분석 분포 그래프에서 단일세포와 중간엽 줄기세포 스페로이드가 상반되게 위치하여 구성 단백질의 종류가 확연하게 상이함을 확인하였으며 그 결과는 도 28과 같다. 또한, 마찬가지로 그룹 간 연관성을 행과 열 및 색으로 나타내는 히트맵 분석에서도 단일세포와 중간엽 줄기세포 스페로이드 간의 단백질 구성 및 함유량의 차이를 확인하였으며, 그 결과는 도 29와 같다.In order to confirm the correlation and protein composition differences between groups using the proteins that constitute the samples, principal component analysis (PCA) and heatmap analysis were performed. In the PCA analysis distribution graph showing the correlation of the composed proteins, it was confirmed that the single cell and mesenchymal stem cell spheroids were located oppositely, indicating that the types of the composed proteins were clearly different, and the results are as shown in Figure 28. In addition, in the heatmap analysis showing the correlation between groups in rows, columns, and colors, the differences in protein composition and content between single cell and mesenchymal stem cell spheroids were confirmed, and the results are as shown in Figure 29.
(3) 본 발명에 따른 중간엽 줄기세포 스페로이드의 단백질의 증가감소 분포도 분석(3) Analysis of the increase/decrease distribution of proteins in mesenchymal stem cell spheroids according to the present invention
단일 세포 대비 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 단백질의 증가감소 분포를 분석하였다. 단백질의 증가감소 분포도는 도 30에 나타내었으며, 단일세포 대비 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서 증가된 구조 단백질을 확인한 결과는 표 8과 같다.The increase/decrease distribution of proteins in the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention compared to single cells was analyzed. The increase/decrease distribution of proteins is shown in Fig. 30, and the results of confirming the increased structural proteins in the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention compared to single cells are as shown in Table 8.
[표 8][Table 8]
단백질 구성 변화에 대한 통계적 유의성을 시각적으로 나타내는 Volcano plot의 분석 결과(도 30), 단일세포 대비 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서 가장 큰 변화를 나타낸 것은 테나신(Tenascin, TNC)으로 나타났다. 테나신은 조직에 손상이 생기거나 염증이 생겼을 때 발현되는 단백질으로, 표피성장인자 수용체(Epidermal growth factor receptor, EGFR)와 염증성 신호 전달 경로의 활성화를 통해 세포 증식 반응에 관여하며 치유를 촉진한다고 알려져 있다. As a result of analysis of Volcano plots that visually represent statistical significance for changes in protein composition (Fig. 30), the protein that showed the greatest change in the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention compared to single cells was found to be Tenascin (TNC). Tenascin is a protein expressed when tissues are damaged or inflamed, and is known to be involved in cell proliferation response and promote healing through activation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) and inflammatory signaling pathways.
또한, 마찬가지로 피브로넥틴(Fibronectin, FN1)은 큰 폭의 증가가 확인되는 단백질 중 하나이며, 피브로넥틴은 세포의 부착, 성장, 이동 및 분화에 관여하여 상처 치유와 조직 재형성 과정에 주요한 역할을 하는 단백질로 알려져 있다. Likewise, Fibronectin (FN1) is one of the proteins whose levels were found to increase significantly, and Fibronectin is known to be a protein that plays a major role in wound healing and tissue remodeling processes by being involved in cell adhesion, growth, migration, and differentiation.
이와 같이 단일세포 대비 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서 증가한 단백질들은 기능적으로 구조 단백질, 효소, 리보솜 단백질, 히스톤 단백질, 신호 전달 단백질, 세포사멸 및 분화 관련 단백질 등으로 구분되며, 특히 구조에 관련된 단백질들이 증가하였는데 이는 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)의 생성원리인 자가조립 유도로 인하여 변화된 것으로 추정된다.As such, the proteins increased in the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention compared to single cells are functionally classified into structural proteins, enzymes, ribosomal proteins, histone proteins, signaling proteins, apoptosis and differentiation-related proteins, etc. In particular, proteins related to the structure increased, and it is presumed that this change is due to the induction of self-assembly, which is the production principle of the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention.
또한, 프로테오글리칸(Proteoglycan-4, PRG4)이 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서만 특이적으로 발현되는 단백질인 것으로 나타났다. PRG4은 상처 치유와 관련된 분자 경로를 조절하여 상처 부위에 지방세포를 유도함으로써 섬유증 감소, 혈관 신생 강화를 통해 상처 치유를 돕는 것으로 알려져 있다.In addition, proteoglycan-4 (PRG4) was shown to be a protein specifically expressed only in mesenchymal stem cell spheroids (MiB). PRG4 is known to help wound healing by reducing fibrosis and enhancing angiogenesis by inducing adipocytes to the wound site by regulating molecular pathways related to wound healing.
또한 피부와 같은 조직에서 구조적 지지를 제공하는 단백질인 COL5A3 (Collagen Type V Alpha 3 Chain), COL7A1 (Collagen Type VII Alpha 1 Chain), EVPL (Envoplakin), EFEMP2 (Fibulin-4), MFAP2 (Microfibril Associated Protein 2) 등이 단일세포 대비 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서 새로이 생성되는 것을 확인하였다.In addition, we confirmed that COL5A3 (Collagen
이러한 단백질분석법 통해 본 발명의 중간엽 줄기세포 스페로이드(MiB)에서 여러 구조단백질이 특이적으로 발현되며, 세포 외 기질 단백질도 증가하는 양상을 확인하였다.Through this protein analysis method, it was confirmed that several structural proteins were specifically expressed in the mesenchymal stem cell spheroids (MiB) of the present invention, and that extracellular matrix proteins also increased.
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