Hyun Mi Kang;Dong Sung Kim;Yong Kyun Kim;Kunyoo Shin;Sun-Ju Ahn;Cho-Rok Jung
International Journal of Stem Cells
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제17권2호
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pp.141-146
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2024
Recent advancements in organoid technology have led to a vigorous movement towards utilizing it as a substitute for animal experiments. Organoid technology offers versatile applications, particularly in toxicity testing of pharmaceuticals or chemical substances. However, for the practical use in toxicity testing, minimal guidance is required to ensure reliability and relevance. This paper aims to provide minimal guidelines for practical uses of kidney organoids derived from human pluripotent stem cells as a toxicity evaluation model in vitro.
Cardiovascular and neurodegenerative diseases are major health threats in many developed countries. Recently, target tissues derived from human embryonic stem (hES) cells and induced pluripotent stem cells (iPSCs), such as cardiomyocytes (CMs) or neurons, have been actively mobilized for drug screening. Knowledge of drug toxicity and efficacy obtained using stem cell-derived tissues could parallel that obtained from human trials. Furthermore, iPSC disease models could be advantageous in the development of personalized medicine in various parts of disease sectors. To obtain the maximum benefit from iPSCs in disease modeling, researchers are now focusing on aging, maturation, and metabolism to recapitulate the pathological features seen in patients. Compared to pediatric disease modeling, adult-onset disease modeling with iPSCs requires proper maturation for full manifestation of pathological features. Herein, the success of iPSC technology, focusing on patient-specific drug treatment, maturation-based disease modeling, and alternative approaches to compensate for the current limitations of patient iPSC modeling, will be further discussed. [BMB Reports 2015; 48(5): 256-265]
Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs), which are collectively called pluripotent stem cells (PSCs), have emerged as a promising source for regenerative medicine. Particularly, human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hPSC-CMs) have shown robust potential for regenerating injured heart. Over the past two decades, protocols to differentiate hPSCs into CMs at high efficiency have been developed, opening the door for clinical application. Studies further demonstrated therapeutic effects of hPSC-CMs in small and large animal models and the underlying mechanisms of cardiac repair. However, gaps remain in explanations of the therapeutic effects of engrafted hPSC-CMs. In addition, bioengineering technologies improved survival and therapeutic effects of hPSC-CMs in vivo. While most of the original concerns associated with the use of hPSCs have been addressed, several issues remain to be resolved such as immaturity of transplanted cells, lack of electrical integration leading to arrhythmogenic risk, and tumorigenicity. Cell therapy with hPSC-CMs has shown great potential for biological therapy of injured heart; however, more studies are needed to ensure the therapeutic effects, underlying mechanisms, and safety, before this technology can be applied clinically.
Osteosarcoma, the most common primary mesenchymal malignant tumor, usually has bad prognosis in man, with cancer stem-like cells (CSCs) considered to play a critical role in tumorigenesis and drug-resistance. It is known that phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) is involved in regulation of tumor cell fates, such as proliferation, cell cycling, survival and apoptosis. Whether and how PI3K and inhibitors might cooperate in human osteosarcoma CSCs is still unknown. We therefore evaluated the effects of LY294002, a PI3K inhibitor, on the cell cycle and apoptosis of osteosarcoma CSCs in vitro. LY294002 prevented phosphorylation of protein kinase B (PKB/Akt) by inhibition of PI3K phosphorylation activity, thereby inducing G0/G1 cell cycle arrest and apoptosis in osteosarcoma CSCs. Further studies also demonstrated that apoptosis induction by LY294002 is accompanied by activation of caspase-9, caspase-3 and PARP, which are involved in the mitochondrial apoptosis pathway. Therefore, our results indicate PI3K inhibitors may represent a potential strategy for managing human osteosarcoma via affecting CSCs.
Kim, Ji Yong;Lee, Jai-Sung;Han, Yong-Seok;Lee, Jun Hee;Bae, Inhyu;Yoon, Yeo Min;Kwon, Sang Mo;Lee, Sang Hun
Biomolecules & Therapeutics
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제23권6호
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pp.517-524
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2015
Human mesenchymal stem cells (MSCs) have been used in cell-based therapy to promote revascularization after peripheral or myocardial ischemia. High levels of reactive oxygen species (ROS) are involved in the senescence and apoptosis of MSCs, causing defective neovascularization. Here, we examined the effect of the natural antioxidant lycopene on oxidative stress-induced apoptosis in MSCs. Although $H_2O_2$ ($200{\mu}M$) increased intracellular ROS levels in human MSCs, lycopene ($10{\mu}M$) pretreatment suppressed $H_2O_2$-induced ROS generation and increased survival. $H_2O_2$-induced ROS increased the levels of phosphorylated p38 mitogen activated protein kinase (MAPK), Jun-N-terminal kinase (JNK), ataxia telangiectasia mutated (ATM), and p53, which were inhibited by lycopene pretreatment. Furthermore, lycopene pretreatment decreased the expression of cleaved poly (ADP ribose) polymerase-1 (PARP-1) and caspase-3 and increased the expression of B-cell lymphoma 2 (Bcl-2) and Bcl-2-associated X protein (Bax), which were induced by $H_2O_2$ treatment. Moreover, lycopene significantly increased manganese superoxide dismutase (MnSOD) expression and decreased cellular ROS levels via the PI3K-Akt pathway. Our findings show that lycopene pretreatment prevents ischemic injury by suppressing apoptosis-associated signal pathway and enhancing anti-oxidant protein, suggesting that lycopene could be developed as a beneficial broad-spectrum agent for the successful MSC transplantation in ischemic diseases.
황우석 사태 이후 한국의 국가는 줄기세포 연구를 장려하고 시험관 아기 산업을 장려하겠다는 입장과 "글로벌 스탠다드"에 부합하는 윤리적 규제를 도입하겠다는, 많은 경우 서로 모순될 수밖에 없는 입장을 표명하여 왔다. 줄기세포 연구에 대한 윤리적 규제가 점점 강화되면서 인간배아세포 연구가 위축되면서, 연구 공동체와 바이오산업, 임상의사와 환자, 그리고 국가 자체를 위기로부터 구원해줄 대안으로 떠오른 것은 체세포 줄기세포였다. 그러나 한국 생명공학기술에 대한 연구들은 주로 배아줄기세포에 초점을 맞추고 있으며, 조혈줄기세포나 지방유래줄기세포와 같은 체세포 줄기세포에 대한 연구에는 상대적으로 관심이 적은 것으로 보인다. 배아줄기세포가 흔히 실험적이고 윤리적으로 논란거리로 여겨지는 반면에, 조혈모 혹은 간엽줄기세포와 체세포 줄기세포는 별다른 공적인 논의 없이 대중들의 일상 속으로 들어와 있다. 한국의 많은 일반인들은 조혈모 줄기세포 치료를 통해 백혈병으로부터 생명을 구한 환자들의 사례에 이미 익숙한가 하면, 다른 한편에서 지방유래줄기세포 치료를 선전하는 의사들의 수가 늘고 있고, 지방유래줄기세포의 개념을 활용하여 만든 화장품이 소비자들의 주목을 받고 있기도 한 현실이 이미 진행되고 있다. 이러한 맥락에서, 본 논문은 배아줄기세포나 국가 정책이나 연구 규제에만 집중되어 시장을 놓치고 있는 윤리적 논의는 한국에서 줄기세포 기술의 정치의 전모를 다루기에 한계가 크다는 사실을 주장하고자 한다.
Eun Ji Lee;Seung-Ho Baek;Chi Hun Song;Yong Hwan Choi;Kyung Ho Han
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제32권12호
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pp.1615-1621
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2022
Tissue regeneration is the ultimate treatment for many degenerative diseases, however, repair and regeneration of damaged organs or tissues remains a challenge. Previously, we showed that B1 Ab and H3 Ab induce stem cells to differentiate into microglia and brown adipocyte-like cells, while trafficking to the brain and heart, respectively. Here, we present data showing that another selected agonist antibody, P1 antibody, induces the migration of cells to the pancreatic islets and differentiates human stem cells into beta-like cells. Interestingly, our results suggest the purified P1 Ab induces beta-like cells from fresh, human CD34+ hematopoietic stem cells and mouse bone marrow. In addition, stem cells with P1 Ab bound to expressed periostin (POSTN), an extracellular matrix protein that regulates tissue remodeling, selectively migrate to mouse pancreatic islets. Thus, these results confirm that our in vivo selection system can be used to identify antibodies from our library which are capable of inducing stem cell differentiation and cell migration to select tissues for the purpose of regenerating and remodeling damaged organ systems.
Choi, He Yun;Park, Ji Hye;Jang, Woong Bi;Ji, Seung Taek;Jung, Seok Yun;Kim, Da Yeon;Kang, Songhwa;Kim, Yeon Ju;Yun, Jisoo;Kim, Jae Ho;Baek, Sang Hong;Kwon, Sang-Mo
Biomolecules & Therapeutics
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제24권4호
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pp.363-370
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2016
Cardiovascular disease is the most common cause of death in diabetic patients. Hyperglycemia is the primary characteristic of diabetes and is associated with many complications. The role of hyperglycemia in the dysfunction of human cardiac progenitor cells that can regenerate damaged cardiac tissue has been investigated, but the exact mechanism underlying this association is not clear. Thus, we examined whether hyperglycemia could regulate mitochondrial dynamics and lead to cardiac progenitor cell dysfunction, and whether blocking glucose uptake could rescue this dysfunction. High glucose in cardiac progenitor cells results in reduced cell viability and decreased expression of cell cycle-related molecules, including CDK2 and cyclin E. A tube formation assay revealed that hyperglycemia led to a significant decrease in the tube-forming ability of cardiac progenitor cells. Fluorescent labeling of cardiac progenitor cell mitochondria revealed that hyperglycemia alters mitochondrial dynamics and increases expression of fission-related proteins, including Fis1 and Drp1. Moreover, we showed that specific blockage of GLUT1 improved cell viability, tube formation, and regulation of mitochondrial dynamics in cardiac progenitor cells. To our knowledge, this study is the first to demonstrate that high glucose leads to cardiac progenitor cell dysfunction through an increase in mitochondrial fission, and that a GLUT1 blocker can rescue cardiac progenitor cell dysfunction and downregulation of mitochondrial fission. Combined therapy with cardiac progenitor cells and a GLUT1 blocker may provide a novel strategy for cardiac progenitor cell therapy in cardiovascular disease patients with diabetes.
본 연구는 2000년부터 2002까지 진행된 세포응용연구사업단 설립과정을 토대로 배아줄기세포 연구를 둘러싼 기대역학구조를 분석하고자 시도되었다. 기대역학은 기대구성-재원확보-연구의무이행-기대구성의 과정이 반복적으로 나타나면서 구조화된다. 일반적으로 연구자들은 해당 연구결과에 대해 매우 신중하고 중립적인 태도를 보인다. 하지만 일부 관련 연구자들의 경우 과도한 전망을 제시하며 기대구성에 적극적인 모습을 보이는데 이는 재원확보와 윤리적 논쟁방어를 위한 역학창출이라는 전략적 관점에서 이해될 수 있다. 거대규모의 재원과 인력이 소요되는 생명공학연구개발의 경우 기대역학창출은 연구개발의 성패에 결정적인 요인으로 작용하기 때문에 이러한 전략구사는 더욱 중요한 의미를 갖게 된다. (배아)줄기세포를 둘러싼 연결망을 '기대역학'이라는 개념틀을 이용해 분석하게 되면 국내 (배아)줄기세포 연구자의 정체성이 좀 더 분명하게 드러나게 되고 정책담당자나 대중의 의사결정과정에 도움이 될 만한 의미 있는 결론에 도달할 수 있다.
Taehwan Kwak;Si-Hyung Park;Siyoung Lee;Yujeong Shin;Ki-Jun Yoon;Seung-Woo Cho;Jong-Chan Park;Seung-Ho Yang;Heeyeong Cho;Heh-In Im;Sun-Ju Ahn;Woong Sun;Ji Hun Yang
International Journal of Stem Cells
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제17권2호
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pp.158-181
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2024
This study offers a comprehensive overview of brain organoids for researchers. It combines expert opinions with technical summaries on organoid definitions, characteristics, culture methods, and quality control. This approach aims to enhance the utilization of brain organoids in research. Brain organoids, as three-dimensional human cell models mimicking the nervous system, hold immense promise for studying the human brain. They offer advantages over traditional methods, replicating anatomical structures, physiological features, and complex neuronal networks. Additionally, brain organoids can model nervous system development and interactions between cell types and the microenvironment. By providing a foundation for utilizing the most human-relevant tissue models, this work empowers researchers to overcome limitations of two-dimensional cultures and conduct advanced disease modeling research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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