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3차원 세포 배양을 통한 치료용 엑소좀의 생산 기반 구축
의학약학 서울대학교 (2021-04-01)

좌로부터 서울대학교 국제농업기술대학원 시스템약리학실 성연우 연구원(공동저자), 박중훈 교수(교신저자), 김은서 석사과정생(제1저자), 목종수 박사과정생(공동저자)

<좌로부터 서울대학교 국제농업기술대학원 시스템약리학실 성연우 연구원(공동저자), 박중훈 교수(교신저자), 김은서 석사과정생(제1저자), 목종수 박사과정생(공동저자)>


중간엽 줄기세포는 손상된 조직의 복구와 재생을 위한 치료제로 각광받고 있으며, 중간엽 줄기세포로부터 분비되는 엑소좀은 세포 치료제의 핵심적인 약리기전으로 알려져 있다. 중간엽 줄기세포의 2차원 배양은 체내에서 관찰되는 세포와 형태 및 기능에서 큰 차이를 나타내며, 이를 극복하기 위해 다양한 3차원 배양법이 소개되었으나, 치료용 엑소좀의 효율적인 양산에 관한 연구는 부족한 실정이다. 중간엽 줄기세포에서 높은 수율로 치료용 엑소좀을 생산하려면 세포의 품질 유지와 함께 3차원 배양 조건에서 세포를 쉽게 증식시킬 수 있는 배양 방법이 필수적이다.

서울대학교 국제농업기술대학원 (경제동물과학 전공) 박중훈 교수 연구진은 새로운 키틴계 다당류 중합체를 이용한 사람 중간엽 줄기세포의 3차원 배양을 통해 세포의 증식과 줄기세포의 특성, 세포 이동능 및 엑소좀 분비능의 증가를 유도하고, 약리적 유효 단백질의 조성을 향상시킨 엑소좀 생산 기반을 구축하였다.

상기 연구결과는 면역 및 대사질환에 있어 3차원 배양된 중간엽 줄기세포 유래의 엑소좀이 새로운 치료법이 될 수 있음을 시사한다.

이번 연구성과는 “Biomaterials” 온라인판에 게재되었다. 본 연구는 일본 닛산화학과 서울대학교 민간지원사업의 지원을 받아 수행되었다.
※ 논문명: Cellhesion VP enhances the immunomodulating potential of human mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles
※ 주저자: 박중훈 교수(교신저자, 서울대), 김은서 석사과정생(제1저자, 서울대)


□ 연구 결과 의의

본 연구는 1) 사람 중간엽 줄기세포의 3차원 배양을 통한 치료용 엑소좀의 생산 기반을 구축하고, 2) 면역 및 대사질환의 치료를 위한 엑소좀 기반의 새로운 치료법을 제시했다는 점, 3) 경직된 한·일간의 경제·정치적 관계 속에서도 꾸준한 학문분야의 교류와 공동연구를 통해 중요한 학문적 성과를 이뤘다는데 의의가 있다.

연  구  결  과

Cellhesion VP enhances the immunomodulating potential of human mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles

Eun Seo Kim, Katsuhiko Kida, Jongsoo Mok, Yeonwoo Seong, Seo Yeon Jo, Tatsuro Kanaki, Masato Horikawa, Kyung-Hee Kim, Tae Min Kim, Tae Sub Park, Joonghoon Park

(Biomaterials. 2021 Mar 1;271:120742. doi: 10.1016/j.biomaterials.2021.120742. Online ahead of print)

중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells)는 재생의료 목적의 유망한 세포 치료제이나, 2차원 조건에서 배양한 중간엽 줄기세포는 체내에서 관찰되는 세포와 형태 및 기능면에서 많은 차이가 관찰된다. 본 연구에서는 키틴계 다당류 중합체로 구성된 Cellhesion VP를 이용한 3차원 배양이 사람의 중간엽 줄기세포의 특성에 미치는 영향을 평가하였다. Cellhesion VP는 줄기세포의 증식, OCT4, NANOG 및 SSEA4를 포함한 줄기세포 마커 유전자의 발현 향상, 그리고 줄기세포의 이동성 증가를 통한 상처 치유 능력을 증가하였다.
 또한 중간엽 줄기세포의 약리적 효능을 담당하는 엑소좀(exosomes)의 분비량과 유효 단백질 조성은 3차원 배양된 줄기세포에서 유의적으로 증가하였다. 유전체 반응 정보를 이용한 약물-질환 연관성 분석에서는 3차원 줄기세포 유래의 엑소좀이 면역 조절제와 유사한 효능을 가지고 있음을 보여주었다. 또한 3차원 줄기세포 유래의 엑소좀은 질환과 관련된 신호 전달 경로의 조절을 통해 다양한 감염성 및 대사성 질환에 대해 강화된 약리적 프로파일을 나타내었다. 따라서 Cellhesion VP를 이용한 사람 중간엽 줄기세포의 3차원 배양과 이를 통해 생산된 엑소좀은 면역 및 대사 질환에 대한 새로운 치료법으로 제시된다.
 

중간엽 줄기세포의 3차원 배양을 통한 치료용 엑소좀의 생산 및 활용

중간엽 줄기세포의 3차원 배양을 통한 치료용 엑소좀의 생산 및 활용

Created with BioRender.com

키틴계 다당류 중합체(Cellhesion VP)를 이용한 사람 중간엽 줄기세포(hWJ-MSC)의 3차원 배양을 통해 세포의 증식, 줄기세포 마커 발현 향상, 세포 이동능 향상 및 엑소좀 생산능 향상을 유도한다. 3차원 배양을 통해 생산된 엑소좀은 약리적 유효 단백질의 조성 변화를 통해 펜벤다졸(Fenbendazole)과 유사한 전사체 반응을 유도하고, 대사질환 및 면역질환 치료를 위한 약리 효능이 강화된다. 

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