• Reproductive and Developmental Biology
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• 제34권3호
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• pp.143-151
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• 2010

Pluripotency of human embryonic stem cell (hESC) is one of the most valuable ability of hESCs for applying cell therapy field, but also showing side effect, for example teratoma formation. When transplant multipotent stem cell, such as mesnchymal stem cell (MSC) which retains similar differentiation ability, they do not form teratoma in vivo, but there exist limitation of cellular source supply. Accordingly, differentiation of hESC into MSC will be promising cellular source with strong points of both hESC and MSC line. In this study, we described the derivation of MSC like cell population from feeder free cultured hESC (hESC-MSC) using direct differentiation system. Cells population, hESC-MSC and bone marrow derived MSC (BM-MSC) retained similar characteristics in vitro, such as morphology, MSC specific marker expression and differentiation capacity. At the point of differentiation of both cell populations, differentiation rate was slower in hESC-MSC than BM-MSC. As these reason, to verify differentially expressed molecular condition of both cell population which bring out different differentiation rate, we compare the molecular condition of hESC-MSC and BM-MSC using 2-D proteomic analysis tool. In the proteomic analysis, we identified 49 differentially expressed proteins in hESC-MSC and BM-MSC, and they involved in different biological process such as positive regulation of molecular function, biological process, cellular metabolic process, nitrogen compound metabolic process, macromolecule metabolic process, metabolic process, molecular function, and positive regulation of molecular function and regulation of ubiquitin protein ligase activity during mitotic cell cycle, cellular response to stress, and RNA localization. As the related function of differentially expressed proteins, we sought to these proteins were key regulators which contribute to their differentiation rate, developmental process and cell proliferation. Our results suggest that the expressions of these proteins between the hESC-MSC and BM-MSC, could give to us further evidence for hESC differentiation into the mesenchymal stem cell is associated with a differentiation factor. As the initial step to understand fundamental difference of hESC-MSC and BM-MSC, we sought to investigate different protein expression profile. And the grafting of hESC differentiation into MSC and their comparative proteomic analysis will be positively contribute to cell therapy without cellular source limitation, also with exact background of their molecular condition.

• 한국수정란이식학회지
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• 제30권3호
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• pp.249-255
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• 2015

Diabetes mellitus, the most common metabolic disorder, is divided into two types: type 1 and type 2. The essential treatment of type 1 diabetes, caused by immune-mediated destruction of ${\beta}-cells$, is transplantation of the pancreas; however, this treatment is limited by issues such as the lack of donors for islet transplantation and immune rejection. As an alternative approach, stem cell therapy has been used as a new tool. The present study revealed that bone marrowderived mesenchymal stromal cells (BM-MSCs) could be transdifferentiated into pancreatic cells by the insertion of a key gene for embryonic development of the pancreas, the pancreatic and duodenal homeobox factor 1 (PDX1). To avoid immune rejection associated with xenotransplantation and to develop a new cell-based treatment, BM-MSCs from ${\alpha}$-1,3-galactosyltransferase knockout (GalT KO) pigs were used as the source of the cells. Transfection of the EGFP-hPDX1 gene into GalT KO pig-derived BM-MSCs was performed by electroporation. Cells were evaluated for hPDX1 expression by immunofluorescence and RT-PCR. Transdifferentiation into pancreatic cells was confirmed by morphological transformation, immunofluorescence, and endogenous pPDX1 gene expression. At 3~4 weeks after transduction, cell morphology changed from spindle-like shape to round shape, similar to that observed in cuboidal epithelium expressing EGFP. Results of RT-PCR confirmed the expression of both exogenous hPDX1 and endogenous pPDX1. Therefore, GalT KO pig-derived BM-MSCs transdifferentiated into pancreatic cells by transfection of hPDX1. The present results are indicative of the therapeutic potential of PDX1-expressing GalT KO pig-derived BM-MSCs in ${\beta}-cell$ replacement. This potential needs to be explored further by using in vivo studies to confirm these findings.

• BMB Reports
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• 제56권10호
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• pp.545-550
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• 2023

Osteoporosis is a major public health concern, which requires novel therapeutic strategies to prevent or mitigate bone loss. Natural compounds have attracted attention as potential therapeutic agents due to their safety and efficacy. In this study, we investigated the regulatory activities of boeravinone B (BOB), a natural rotenoid isolated from the medicinal plant Boerhavia diffusa, on the differentiation of osteoclasts and mesenchymal stem cells (MSCs), the two main cell components responsible for bone remodeling. We found that BOB inhibited osteoclast differentiation and function, as determined by TRAP staining and pit formation assay, with no significant cytotoxicity. Furthermore, our results showing that BOB ameliorates ovariectomy-induced bone loss demonstrated that BOB is also effective in vivo. BOB exerted its inhibitory effects on osteoclastogenesis by downregulating the RANKL/RANK signaling pathways, including NF-κB, MAPK, and PI3K/Akt, resulting in the suppression of osteoclast-specific gene expression. Further experiments revealed that, at least phenomenologically, BOB promotes osteoblast differentiation of bone marrow-derived MSCs but inhibits their differentiation into adipocytes. In conclusion, our study demonstrates that BOB inhibits osteoclastogenesis and promotes osteoblastogenesis in vitro by regulating various signaling pathways. These findings suggest that BOB has potential value as a novel therapeutic agent for the prevention and treatment of osteoporosis.

• 생명과학회지
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• 제17권5호
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• pp.678-686
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• 2007

인간중간엽줄기세포는(Human mesenchymal stem cells, hMSC) 골수, 지방, 피부, 근육, 혈액에 존재하며, 뼈, 연골, 지방, 근육, 신경세포로 분화가능성이 보고되어 손상조직의 재생을 위한 재료로서뿐만 아니라 유전자치료의 매개체로 이용될 수 있는 가능성이 제안되고 있다. 인간중간엽줄기세포의 적절한 배양조건에는 소 태아혈청(fetal bovine serum, FBS)이 요구되어지므로 세포치료에는 소 태아혈청이 다수 포함되어 있을 것이며 세포배양 배지 유래 소 태아혈청의 단백질에 의한 면역거부반응이 우려된다. 이미 앞선 연구에서 자가혈청 하에서 인체지방줄기세포 분리와 계속적인 세포배양을 실시하였을 때 인체지방줄기세포의 증식능력과 다 분화 능이 유지되며 면역결핍 생쥐에 골수의 말초혈액에서 유래된 CD34세포 이식 시 안착 능을 촉진함을 보였다. 본 연구에서 인체지방줄기세포가 인체혈청 하에서 배양되었을 때 소 태아혈청 하에서 배양할 때 발현하는 표면항원을 유지함을 확인했으며 microarray를 사용하여 유전자 발현을 비교했다. 유 세포 분석을 통하여 인체혈청 하에서 계속적으로 배양된 인체유래지방줄기세포에서 HLA-DR, CD117, CD29 와 CD44 의 발현이 소 태아혈청 하에서 배양했을 때와 비슷함을 밝혔다. 그러나 인체혈청 하에서 배양된 인체지방줄기세포의 유전자 발현형태와 소 태아혈청 하에서 배양된 세포의 유전자 발현형태 간에는 상당한 차이를 보였다. 그러므로 본 연구는 인체혈청 하에서 배양된 인체지방기질줄기세포가 임상적용을 위한 선행 데이터로써 직접적인 추정을 하기 위해서는 인체지방기질줄기세포 이식연구에 in vivo 동물실험연구가 수행되어져야 함을 제시하고 있다.

• 생명과학회지
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• 제21권5호
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• pp.631-646
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• 2011

중간엽 줄기 세포는 다분화능을 가지고 있으며 골수, 지방, 태반, 치아속질, 윤활막, 편도 및 가슴샘 등 인체의 다양한 조직에서 분리된다. 중간엽 줄기세포는 조직의 항상성을 조절하며 다분화능, 분리와 조작의 용이함, 암세포로의 화학주성 및 면역 반응 조절 등의 특징을 가지고 있어서 재생 의학, 암 치료 및 식대주 질환(GVHD) 등에 이용할 수 있는 세포치료제로 주목 받고 있다. 하지만 주위 세포와 조직을 지지하고 조절하는 특징과 관련하여 중간엽 줄기세포가 혈관 생성을 촉진하고 성장인자를 분비하며 암세포를 공격하는 면역 반응을 억제함으로써 암의 진행을 촉진시킨다는 사실 또한 보고 되고 있다. 이러한 사실들로 인해 중간엽 줄기세포의 임상 적용이 제한되고 있다. 본 연구에서는 어떠한 기전을 통해서 중간엽 줄기세포가 암의 진행을 촉진하는 지지 세포로 기능하는지를 밝히기 위해서 인체 지방 조직에서 유래한 중간엽 줄기세포를 두 개의 암세포주(H460, U87MG)와 각각 공동 배양하고 microarray를 이용해서 암세포와 공동 배양되지 않은 중간엽 줄기세포와 유전자의 발현을 비교하였다. 두 암세포주와 공동배양에서 공통적으로 2배 이상 차이 나는 유전자를 DAVID (Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery)와 PANTHER (Protein ANalysis THrough Evolutionary Relationships)를 이용해 분석하였으며 생물학적 과정, 분자적 기능, 세포의 구성 성분, 단백질의 종류, 질병과 인체 조직 그리고 신호전달에 관련된 정보를 획득하였다. 이를 통해서 암세포는 중간엽 줄기세의 분화, 증식, 에너지 대사, 세포의 구조 및 분비기능을 조절하여 유전자의 발현 양상을 암 연관 섬유모세포(cancer associated fibroblast)와 유사한 세포로 변형 시킨다는 사실을 알 수 있었다. 본 연구의 결과는 중간엽 줄기세포를 이용한 임상 치료제의 효과와 안정성을 개선하는데 응용될 수 있을 것이다.

• 생명과학회지
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• 제21권2호
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• pp.183-193
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• 2011

중간엽 줄기세포의 이동과 분화는 손상된 조직의 재생을 위해 필수적이다. Sphingosine-1-phosphate (S1P)는 세포성장, 생존, 분화, 이동성 등 여러 가지 생명현상에 중요한 역할을 하는 생리활성 지질이다. 본 연구에서는 인체 골수유래 중간엽 줄기세포의 이동과 세포분화에 대한 S1P의 영향을 조사하였다. S1P는 중간엽 줄기세포의 이동을 증가시켰으며 pertussis toxin의 전처리는 S1P에 의한 세포이동을 억제하였다. 본 결과는 S1P에 의한 세포 이동과정에 Gi에 연결된 수용체가 관여함을 제시한다. $S1P_1$과 $S1P_3$ 수용체에 대한 길항제인 VPC23019의 전처리나 siRNA를 이용한 $S1P_1$ 수용체의 발현억제는 S1P에 의한 세포 내 칼슘 증가와 중간엽 줄기세포의 이동을 저해 하였다. 또한, S1P의 처리는 중간엽 줄기세포에서 평활근세포의 표지유전자인 $\alpha$-smooth muscle actin ($\alpha$-SMA)의 발현을 증가시켰으며 VPC23019의 전처리는 S1P에 의한 $\alpha$-SMA의 발현증가를 저해하였다. S1P는 중간엽 줄기세포에서 p38 mitogen-activated protein kinase (p38 MAPK)의 인산화를 촉진하였으며 p38 MAPK의 저해제인 SB202190의 전처리 또는 p38 MAPK의 dominant negative mutant의 과발현은 S1P에 의한 중간엽 줄기세포의 이동 $\alpha$-SMA 발현증가를 억제하였다. 본 연구결과는 S1P가 $S1P_1$-p38 MAPK 신호전달기전을 통해 중간엽 줄기세포의 이동과 평활근세포로의 분화를 촉진함으로써 중간엽 줄기세포를 이용한 조직재생에의 활용 가능성을 제시한다.

• 한국발생생물학회:학술대회논문집
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• 한국발생생물학회 2003년도 제3회 국제심포지움 및 학술대회
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• pp.77-77
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• 2003

Coculture of HSC with bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) is one of used methods to increase cell numbers before transplant to the patients. However, because of difficulties to purify HSCs after coculture with BM-MSCs, it needs to develop a method to overcome the problem. In the present study, we have examined whether a culture insert placed over a feeder layer might support the expansion of HSCs within the insert. $CD34^+/ $ cells isolated from the umbilical cord blood by using midiMACS were divided into three groups. A group of 1 $\times$ $10^5$ cells were grown on a culture insert without feeder layer (Direct). The same number of HSCs was directly cocultured with BM-MSCs (Contact). The third group was placed onto an insert below which BM-MSCs were grown (Insert). To distinguish feeder cells from HSCs, BM-MSCs was pre-labeled fluorescently with PKH26 and 1 $\times$ $10^5$ cells were seeded in the culture dishes. After culture for 13 days, the expansion factor (x) of HSCs that were grown without feeder layer (Direct) was $26.6 \pm 8.4.$ In contrast, the number of HSCs directly cocultured with feeder layer was 59.6 $\pm$ 0.5 and that of HSCs cultured onto an insert was $46.9 \pm 8.4.$ The percentage of BM-MSCs cells remained being fluorescent was $97.9 \pm 0.3%$ after culture. Immune-phenotypically large proportion of cultured cells were founded to be differentiated into myeloid/monocyte progenitor cells. The ability of BM-MSCs, fetal lung, cartilage and brain tissue cells to support ex vivo expansion of HSCs was also examined using the insert. After 11 days of coculture with each of these cells, the expansion factor of HSCs was 15.0, 39.0, 32.0 and 24.0, respectively. Based upon these observations, it is concluded that the coculture method using insert is very effective to support ex vivo expansion of HSCs and to eliminate the contamination of other cells used to coculture wth HSCs.

• 폴리머
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• 제32권5호
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• pp.403-408
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• 2008

케라틴은 울, 머리카락, 손톱 등을 형성하는 섬유단백질의 주요성분으로 유용한 생체재료이다. 골수간염 줄기세포를 이용한 조직공학 적용을 위해 Poly(4-lactide-co-glycolide) (PLGA)에 함량별로 케라틴을 함유한 지지체를 용매 캐스팅/염 추출법을 이용하여 제조하였다. 제조된 지지체의 표면과 단면의 형태를 전자현미경(SEM)으로 관찰하고 특성분석을 위해 다공도, 표면 적심성, 물 흡수성, 그리고 열적성질을 분석하였다. 이 후 쥐에서 분리한 골수간엽줄기세포를 지지체에 파종하여 세포의 증식율을 (4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2.5-diphenyl-tetrazolium bromide(MTT) 분석방법을 이용하여 측정하였다. 천연/합성 하이브리드 담체인 케라틴/PLGA 지지체는 PLGA 단독으로 제조된 지지체와 비교 시 골수간엽줄기세포의 생장에 유익한 환경을 제공함을 확인하였다.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
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• 제11권2호
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• pp.85-96
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• 2007

중간엽 줄기세포(MSC)를 체외배양할 때 사용하는 소태아혈청 (FBS)의 생물학적 불안전성은 이를 임상적으로 사용하는데 있어 제한점으로 작용한다. 본 연구에서는 소태아혈청 및 인간의 제대혈청을 사용하여 인간의 양막유래 중간엽 줄기세포 (HAM)를 각각 배양한 후, 세포의 성장속도와 유전자 및 단백질의 발현 양상을 비교하였다. 제왕절개 후 얻은 양막으로부터 HAM을 분리하여 10% FBS, 5% HCS 혹은 10% HCS가 각각 첨가된 DMEM 배양액에서 배양하였으며, 초기와 후기 계대의 세포를 얻어 이들의 생물학적 특성을 비교 분석하였다. 역전자 중합효소반응 결과, 혈청의 종류에 상관없이 배양된 세포들은 모두 OCT-4, Rex-1, SCF, FGF-5, BMP-4, nestin, NCAM, GATA-4, HLA-ABC 유전자를 발현하였으며, 이러한 발현은 초기 및 후기 계대의 세포에서도 마찬가지로 나타났다. 세포면역화학 반응 결과, FBS 혹은 HCS를 첨가한 배양액에서 배양된 HAM은 4번째 계대에서 collagen I, II, III, XII, fibronectin, $\alpha$-smooth muscle actin, vimentin, CK18, CD54, FSP, TRA-1-60, SSEA-3, -4, HLA ABC 단백질을 뚜렷하게 발현하였다. 그러나 desmin 단백질은 FBS가 첨가된 배양액에서 배양된 HAM에서만 발현되었고 vWF 단백질은 HCS가 첨가된 배양액에서 배양된 HAM에서만 발현되었다. 결론적으로 유전자와 단백질의 발현양상을 살펴본 결과, HCS가 첨가된 배양액에서 배양된 HAM은 전형적인 인간성체줄기세포의 특징을 나타내고 있으며, FBS가 첨가된 배양액과 비교하여 동등한 성장 촉진 효과를 가지는 것으로 보인다.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
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• 제15권4호
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• pp.281-289
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• 2011

돼지 중간엽 줄기세포를 Dimethyl sulfoxide(DMSO), Ethylene glycol(EG), 그리고 DMSO/EG을 이용하여 세포동결을 유도한 후 적절한 동결보호제를 알아보았다. 2개월 이내 돼지 골수에서 중간엽 줄기세포를 분리하여 colony 형성 및 alkaline phosphatase(AP) 활성을 확인하고, 지방 세포로의 분화 유도에 의한 줄기세포의 능력을 확인하였다. 이들 중간엽 줄기세포의 완만 동결을 위해, DMEM에 각각 10% DMSO, 1.5M EG, 5% DMSO/0.75M EG의 동결보호제를 섞은 후 cryovial에 넣고, cryo-containe를 이용하여 $25^{\circ}C$에서 $-80^{\circ}C$까지 $-1^{\circ}C$/min 속도로 동결하였다. 일주일간 저장 후 세포의 생존률은 미동결 세포는 동결 세포군보다 유의적으로 높음을 확인할 수 있었으나, 동결 처리군 간에는 차이가 없었다. 줄기세포 유지 유전자인 Sox-2와 Nanog 발현은 동결 후 배양 시간에 따라 발현량이 증가하는 경향을 보였으나, 동결처리군 간에는 유의적인 차이가 없었다. 세포사 관련 유전자인 Bax의 발현은 모든 군에서 비슷하였다. 또한 지방, 연골 및 뼈세포 분화와 관련된 유전자의 발현은 동결 전 세포와 동결 후 세포군에서 비슷한 경향을 보였다. 이러한 결과는 돼지중간엽 줄기세포 동결함에 있어서 10% DMSO, 1.5MEG, 5% DMSO/0.75M EG 모두 적절한 동결보호제로 이용할 수 있음을 시사한다.