세포시트공법을 이용한 신개념 면역적합성 줄기세포캡슐 개발 및 심혈관질환 치료에의 응용

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose&Contents
Purpose : To address chronic cardiovascular diseases, we aim to develop novel therapeutics system for stem cell behavior and bioactivity and functional stem cell therapeutics using new biological sandwich stem cell spheroid sheet. To do this, we first clarify the sandwich stem cell spheroid sheet-mediated stem cell differentiation and neovascularization in ischemic tissue. In hindlimb ischemia or myocardiac infarction animal models, we has focused on the mechanical study and possibilities of vascular repair by transplanted our functionally upgraded stem cells.
Contents
1. Development of sandwich stem cell spheroid sheet based stem cell therapeutics for cardiovascular diseases.
▶ Establishment of stem cell spheroid.
▶ Optimization of engineered cell sheet contained stem cell spheroid.
▶ Development functional enhanced stem cells using engineered sandwich stem cell spheroid sheet.
2. The in vivo analysis of functionally upgraded stem cells.
▶ The construction of hindlimb ischemia model and transplantation of sandwich stem cell spheroid sheet.
▶ The evaluation of vascular repair by doing laser dopler analysis and checking capillary densities in ischemic tissues.
3. The study of in vivo vascular repair mechanism by transplantation sandwich stem cell spheroid sheet.
▶ The pivotal role of immune cells including macrophage and angiogenic T cells.
▶ In vivo study of cell proliferation/apopotosis/differentiation.
Results
1. This study established the optimal 3D stem cell culture method. We have also developed immunocompetent stem cell composite sheets that produce cell sheets derived from patient tissue and combine 3D cultured donor stem cells to protect healthy stem cells from immune rejection. In addition, transplantation of an immunocompetent stem cell composite sheet into an animal model of hindlimb ischemia showed an increase in angiogenesis and immunosuppression, thus demonstrating a significant therapeutic effect.
2. 3D culture of stem cells revealed the mechanisms and key elements of stem cell function enhancement in the hypoxic condition that occurs in the formed stem cell spheroids. We also identified stem cell activation factors that can be used for 3D stem cell culture using Cripto, Melatonin, TUDCA and Fucoidan to protect mesenchymal stem cells from risk factors such as oxidative stress and inflammatory activity of cardiovascular disease.
Expected Contribution
▶ To Build a scientific knowledge on stem cell sheet based-regenerative medicine
▶ To address unmet medical needs for cardiovascular diseases
▶ To enhance national competitiveness by technology preemption and commercialization

국문 초록 (Abstract)

연구의 목적 및 내용
연구의 목적 :
본 과제의 최종목표는 타가줄기세포 이식 시 면역거부 반응을 극복할 수 있는 면역적합성 줄기세포캡슐을 개발하여 이식한 줄기세포의 생존 및 증식을 획기적으로 증가시키고, 줄 기세포의 생체적합환경 (Niche condition) 조성 및 Niche세포와의 상호관계 규명을 통해 심혈관 치유능력의 시너지효과를 가지고 올 새로운 세포치료군을 발굴해서 기존의 성체줄기세포들의 임상적용 한계점을 극복한 심혈관 질환 맞춤형 줄기세포 치료제 개발을 목표로 함.
연구의 내용
① 타가 줄기세포 이식이 가능한 면역적합성 줄기세포캡슐 개발
-. 줄기세포구상체(Stem Cell Spheroid) 배양법 확립
-. 줄기세포구상체 형성을 위한 최적의 줄기세포 수 결정
-. 줄기세포구상체를 감싸는 캡슐세포 후보군 결정 및 배양법 확립
② 시험관내 생체모델인 저산소 배양에서의 융합줄기세포시트유래의 세포의 특성 규명
-. 줄기세포의 Niche조건 (Short time hypoxia)에서 줄기세포캡슐에서 분비하는 사이토카인 및 단백질 발현 정도 확인
-. 병적인 저산소 조건 (Long time hypoxia)에서 줄기세포캡슐의 세포 생존율을 확인함으로써 기능적으로 우수한 줄기세포캡슐 확보
-. 액체 크로마토그래피 질량분석기(LC-MS)를 이용하여 캡슐세포에서 분비하는 염증 억제 물질확인 및 기능 규명
-. Macroarray를 이용하여 면역관용 핵심 유전자의 기능 규명
③ 이식을 위한 면역적합성 줄기세포캡슐시트법의 개발 및 이식 후 면역관용 검증
-. 면역적합성 줄기세포캡슐을 세포시트에 섬처럼 심는 방법(Island 공법)을 이용한 최적의 이식 방법 확립
-. 조직 분석을 통하여 줄기세포융합시트의 면역관용 확인 (대식세포의 조직 내 침투율 확인)
-. 면역세포인 regulatory DC, regulatory T세포의 역할 규명: 염증 억제 반응
④ 허혈성 심혈관질환 모델 작성 후 이식된 면역적합성 줄기세포캡슐시트의 조직재생 작용기전 탐색
-. 혈관치료의 작용 매커니즘 규명을 위해서 생체내의 세포의 분화 및 증식, 세포사멸, 세포이동을 평가함
-. 융합세포시트의 혈관재생 효과 검증: 모세혈관의 양적인 증가/혈류의 개선 정도를 검증
연구개발성과
1. 본 연구에서는 줄기세포의 최적의 3차원 배양법 확립 및 환자 조직 유래 세포시트를 제작하여 타인의 건강한 줄기세포를 면역거부 반응으로부터 보호하는 면역회피 줄기세포시트를 개발하고 심혈관 질환 손상 모델에 이식하여 혈관 신생 촉진 및 면역조절 기능 강화를 통해 치료효과를 증진을 검증함.
2. 줄기세포의 3차원 배양은 형성된 구상체에 발생되는 저산소조건인 생체적합환경(Niche condition)을 통해 줄기세포의 기능 강화 메커니즘을 밝히고 주요인자를 발굴함. 또한 심혈관질환이 갖는 산화성 스트레스, 염증활성등의 요인으로부터 중간엽 줄기세포를 보호하기 위해 Cripto, Melatonin, TUDCA, Fucoidan을 이용하여 3차원 배양에 활용 가능한 줄기세포 활성인자를 발굴함.
연구개발성과의 활용계획(기대효과)
- 면역적합성 줄기세포캡슐은 기존의 줄기세포의 임상 한계점을 극복한 “스마트 줄기세포캡슐”이고, 조직적합성에서도 면역거부반응을 조절할 수 있는 이상적인 세포치료기술개발임.
- 허혈성 심혈관질환의 기존 세포치료연구의 한계점을 극복한 세포치료법으로 국민건강 복지향상 증진에 이바지함.
- 본 연구결과로 인한 줄기세포 치료제 신약개발 및 관련기술의 기술선점이 가능함.