췌장재생유도 인자에 의한 당뇨병치료 및 재생과정 분자영상화 기술 개발 = Development of molecular imaging and diabetes therapy by pancreas regenerative induced factor

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Objectives: The non-invasive tracking of transplanted stem cells in disease model plays an important role in figuring out location and survival of engrafted stem cells repetitively in vivo. We monitored enhanced luciferase expressing mesenchymal stem cells (mMSC-effluc) in pancreas of partial pancreatectomized nude mouse (PPx) in order to survival and location in terms of stem cell-based therapy. Methods: We obtained mouse bone marrow-derived mMSCs and established luciferase expressing stable MSCs cells (mMSCs-effLuc) by retroviral infection. Mixture of mMSCs-effLuc wthin matrigel was directly injected to remained pancreas of partial pancreatectomized (PPx) nude mice for monitoring the effect of transplanted mMSC-effluc on the recovery of glycometabolism. In vivo bioluminescence activity was conducted using IVIS optical imaging device. The glycometabolism by intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT) and fasting glucose levels was examined for functional analysis. We also confirmed morphological change of pancreas and detected transplanted mMSCs-effLuc by immunofluoresence. Results: In vivo bioluminescence imaging of the grafted mMSCs-effLuc was continually monitored during pancreas regeneration till day 28. This imaging was detected in only grafted mMSC-effLuc of pancreas. Grafted mMSCs-effLuc was stained with immunofluoresce by anti-luciferase in regenerating pancreatic tissue at day 6 and day 28. Mice having transplated mMSCs-effLuc showed a moderate glucose tolerance levels than only PPx mouse models at day 3 and day 6 post-PPx. Conclusions: Our results showed long term monitoring of grafted mesenchymal stem cells in pancreatectomized model to survival pattern in vivo. These studies indicate that transplanted mMSC-effLuc survived and might led normal glycometabolism.

국문 초록 (Abstract)

I. 연구개발의 목적 및 필요성 : 췌장재생과 베타세포 분화에 관여하는 인자를 선별하여 인자능에 의한 당뇨병 치료 효과와 재생과정을 다각적인 분자영상 기법을 통해 관찰하는 것을 목표로 하며 궁극적으로 당뇨병치료법 개발에 새로운 가능성을 제시함
II. 연구개발의 내용 및 범위
췌장재생모델의 구축 및 재생유도 후보 인자 선별
● 췌장절제술 및 도관결찰을 이용한 췌장재생모델 구축 및 당대사 분석
● 췌장재생동물모델에서 과발현되는 단백질, 유전자 및 microRNA을 선별
● 선별된 인자의 기능 및 기전 확인 (in vitro)
선별된 인자의 영상화 기반 기술 확보 (in vivo)
● 인자를 영상화하기 위한 분자영상용 추적자 구축 및 기술 확보
● in vivo 영상 구현을 위한 조건 확립
다각적 분자영상화를 통한 인자의 당뇨병 치료 효과 확인
● 화학적 요법으로 베타세포만을 파괴한 당뇨병 모델 구축
● 당뇨병유발모델에 인자를 주입한 후 분자영상화 구현
● 다각적 분자영상화 기법을 이용한 생체내 인자의 역할 및 당뇨병 치료 효과 확인
III. 연구개발결과
● 분자영상을 위한 생체발광유전자 luciferase가 이입된 mesenchymal stem cell 구축
● 부분췌장절제술을 통한 췌장재생 모델 구축
● in vivo 영상을 통해 췌장내 이식된 mesenchymal stem cell의 위치, 사멸, 분포를 확인
● mesenchymal stem cell에 의한 당대사 향상 확인
● mesenchymal stem cell 이식 후 췌장세포로의 직접적인 분화 없었음
● in vitro 에서 mesenchymal stem cell과 췌장도관 세포를 같이 배양 했을 경우 더 높은 신생베타세포 생성 확인
● mesenchymal stem cell과 공동배양한 배양액에서 더 높은 인슐린 농도 확인
Ⅳ. 연구개발결과의 활용계획
● 본 연구의 목적은 췌장의 재생능을 가지는 인자의 선별과 분자영상을 통한 재생과정의 영상화로 실험적 단계에 있지만 좋은
결과가 나올 경우 새로운 당뇨병치료의 가능성을 제시 할 수 있음
● 생체분자영상을 통한 췌장재생을 관찰한 보고가 아직 미흡하여 본 결과로 인해 분자영상에 관련하여 학문적 깊이가 더해 질 수 있을 것으로 판단됨.
● 본 실험의 종료 후 얻어지는 실험적 기술과 방법은 추 후 타 과제에 접목하여 우수성을 더 할 수 있음
● mMSC-effluc을 이용하여 mMSC가 췌장재생을 촉진시키는 결과를 보았지만 어떠한 기전으로 어떠한 인자들이 작용을 직간접적으로 췌장재생을 돕는지에 대한 실험 결과가 필요함.
● mMSC와 같은 세포를 이용한 이식이 아닌 췌장재생에 관련된 microRNA에 중점을 맞추어서 정확한 기전을 찾는 실험이 필요함.
● 인자의 발굴 이 후 효과적으로 체내 운반을 할 수 있는 exosome의 발굴과 영상화를 통해서 exosome의 이동을 관찰 할 수 있는 실험이 필요함