• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.20-20
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• 2011

It has been known that, under certain conditions, application of low-temperature atmospheric-pressure plasmas can enhance proliferation of cells. In this study, conditions for optimal cell proliferation were examined for various cells relevant for orthopaedic applications. Plasmas used in our experiments were generated by dielectric barrier discharge (DBD) with a helium flow (of approximately 3 litter/min) into ambient air at atmospheric pressure by a 10 kV~20 kHz power supply. Such plasmas were directly applied to a medium, in which cells of interest were cultured. The cells examined in this study were human synoviocytes, rat mesenchymal stem cells derived from bone marrow or adipose tissue, a mouse osteoblastic cell line (MC3T3-E1), a mouse embryonic mesenchymal cell line (C3H-10T1/2), human osteosarcoma cells (HOS), a mouse myoblast cell line (C2C12), and rat Schwann cells. Since cell proliferation can be enhanced even if the cells are not directly exposed to plasmas but cultured in a medium that is pre-treated by plasma application, it is surmised that long-life free radicals generated in the medium by plasma application stimulate cell proliferation if their densities are appropriate. The level of free radical generation in the medium was examined by dROMs tests and correlation between cell proliferation and oxidative stress was observed. Other applications of plasma medicine in orthopaedics, such as plasma modification of artificial bones and wound healing effects by direct plasma application for mouse models, will be also discussed. The work has been done in collaboration with Prof. H. Yoshikawa and his group members at the School of Medicine, Osaka University.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
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• 제15권2호
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• pp.99-111
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• 2011

본 실험은 transforming growth factor-${\beta}1$(TGF-${\beta}1$)이 첨가된 chondrogenic induction medium(CIM)을 이용하여 인간지방조직에서 유래된 중간엽 줄기세포(human adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, ATMSCs)의 연골형성능과 gelatin-chondroitin-glucosamine scaffold(GCG-scaffold)에 접종시킨 ATMSCs의 연골형성능을 알아보고자 수행하였다. ATMSCs와 생쥐 chondrocyte를 기본배양액과 TGF-${\beta}1$이 첨가되지 않은 CIM1 및 TGF-${\beta}1$이 첨가된 CIM2에서 배양하여 연골형성능을 비교하였다. ATMSCs의 연골형성은 gelatin scaffold(G-scaffold)와 GCG-scaffold를 사용하여 glycosaminoglycan(GAG) 합성과 조직화학적 염색으로 연골기질형성 여부를 확인하였다. 펠렛 배양에서 ATMSCs와 chondrocyte의 GAG합성은 대조군에서 14일의 배양기간 동안 약간 증가하였으나, CIM1과 CIM2배양군은 배양 14일에 대조군에 비해크게 증가하였으며, CIM2 배양군에서 가장 높았다. 그러나 연골기질은 배양 14일에 CIM2 배양군에서만 Safranin O와trichrome에 의해 염색되었다. Well plate에서 배양된 ATMSCs의 증식은 모든 배양군에서 배양 10일까지 계속적인 세포증식이 일어났으며, 대조군에 비해 CIM 배양군이 높았다. ATMSCs 접종 후 플라스크나 scaffold의 세포부착률은 배양시간이 길어짐에 따라 모든 배양군에서 증가하였고, 플라스크에 비해 scaffold에서 더욱 높게 나타났다. Scaffold에 ATMSCs 접종후 GAG 합성은 28일의 배양기간 동안 대조군에서는 별 변화가 없었으나, CIM1, CIM2 배양군은 대조군보다 GAG합성이 증가되었다. CIM2 배양군에서 GAG 합성이 매우 높게 나타났다. 또한 G-scaffold보다 GCG-scaffold에서 GAG 합성이 약간 높게 나타났다. 조직화학적으로 관찰한 ATMSCs의 연골기질형성도 CIM2 배양군의 GCG-scaffold에서 가장높게 나타났다. 본 실험의 결과들을 종합해 볼 때, 펠렛 배양에서 ATMSCs는 생쥐 chondrocyte보다 낮은 연골형성능을 보였고, CIM2 배양군에서만 연골기질이 형성된 것으로 보아 TGF-${\beta}1$이 연골분화에 중요한 요소로 작용한 것이라 사료된다. G-scaffold는 효과적인 연골분화 환경을 제공해 줌으로써 ATMSCs의 세포부착률과 GAG 합성을 증가시키는 것으로보여지며, G-scaffold보다 GCG-scaffold에서 많은 연골기질이 형성된 것은 GCG-scaffold에 첨가된 chondroitin과 glucosamine이연골기질 형성을 촉진시키는 물질로 작용한 것으로 사료된다.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
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• 제15권2호
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• pp.87-98
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• 2011

본 실험은 bioceramic을 첨가하여 만든 다공성 poly D,L-lactic-co-glycolic acid(PLGA)-scaffold가 인간 지방조직에서 유래된 중간엽 줄기세포(human adipose tissue derived mesenchymal stem cells, ATMSCs)의 골 형성과정에 효과적인지를 알아보고자 수행하였다. ATMSCs를 well plate에 접종하여 골형성 유도(osteogenic induction, OI) 배양액으로 28일 동안 배양하였다. OI배양액군의 증식률은 세포접종 후 14일까지는 세포증식이 활발하게 진행됐지만, 21일 이후 세포의증식이 둔화되는 양상을 보였다. 반면, 기본배양액군은 꾸준한 세포 증식을 보이며 21일 이후에는 OI배양액군보다 더 높은 증식을 나타냈다. OI배양액군의 alkaline phosphatase(ALP) 활성은 세포배양 21일까지는 증가했지만, 28일에는 감소한 반면에 기본배양액군은 계속 감소하는 양상을 띠었다. OI배양액군의 세포는 배양 21일에는 뚜렷한nodule의 형성을 관찰할 수 있었고, nodule에 칼슘의 축적이 일어남을 확인하였다. ATMSCs를 scaffold에 접종하여 OI배양액으로 배양하였다. Scaffold 내 골아세포 분화에 따른 ALP 활성은 PLGA scaffold와 Bioceramic-PLGA scaffold 모두에서 세포 배양 21일에 급격히 증가하였고, Bioceramic-PLGA scaffold의 ALP 활성이 PLGA scaffold보다 크게 증가하였다. 칼슘과 인의 함량 역시 Bioceramic-PLGA scaffold에서 높게 나타났으며, Bioceramic-PLGA scaffold의 Ca/P ratio가 PLGA scaffold보다 높게 나타났다. 생체내에 이식된 scaffold의 생분해성과 광물화는 bioceramic-PLGA scaffold에서 더욱 뚜렷하게 관찰되었다. 본 실험의 결과들을 종합해 볼 때 ATMSCs의 골형성능은 well plate보다 scaffold가 더 효과적이며, bioceramic이 scaffold의 세포 부착률과 ALP 활성을 증가시켜 골형성능에 효과적으로 작용하는 것으로 생각된다. 또한 bioceramic이 ATMSCs의 골형성 분화에 따른 광물화단계의 scaffold 내 칼슘과 인의 함량을 증가시키는 것으로 사료된다.생체 내 scaffold의 생분해성은 PLGA scaffold보다 Bioceramic-PLGA scaffold가 빠른 분해를 나타내며, 광물화에 따른 칼슘 침착이 더 활발한 것은 scaffold에 포함된 bioceramic이 생체 내 세포의 부착, 증식, 분화를 증가시켜 골형성을 촉진시키는 물질로 작용한 것으로 사료된다.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
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• 제12권1호
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• pp.31-39
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• 2008

손상된 뇌신경조직내에서 신경줄기세포로부터 새로운 신경세포로의 분화가 상당히 제한되어 있어 이것이 손상된 뇌신경조직의 복구가 잘 이루어지지 않는 원인이라 여겨지고 있다. 본 연구에서는 세포배양을 통해 지방조직 중간엽 줄기세포를 도파민성 신경세포와 콜린성 신경세포로 분화를 유도하였다. 중간엽 줄기세포를 신경세포로 분화시키기 위해 N2배양액에 bFGF, EGF, dimethyl sulphoxide (DMSO)와 butylated hydroxyanisole (BHA)를 첨가하여 유도하였다. DMSO와 BHA에 처리된 중간엽 줄기세포가 빠르게 신경세포 모양으로 분화하는 것을 관찰하였으며, 이것은 면역조직학적 염색에서 신경세포 특이 표지인 $\beta$-tubulin III, 별아교세포에 대한 특이 표지인 GFAP, 흰돌기아교세포에 대한 특이 표지인 Gal-C에 대해 양성반응을 나타내었다. RT-PCR 분석에서 배양 단계에 따라 신경세포에 특이적인 표지 인자인 neuro D1, $\beta$-tubulin III, GFAP, nestin 등의 발현을 통해, 중간엽 줄기세포가 신경세포로 분화됨을 확인하였다. 그러나 중간엽줄기세포가 신경세포로 분화된 이후에는 줄기세포 표지인 SCF, C-kit와 stat-3 등은 발현되지 않았다. 또한, 중간엽줄기세포에 bFGF, SHH와 FGF8 등을 처리하면 도파민 신경세포로 분화하였다. 중간엽 줄기세포에 bFGF, RA, Shh를 처리하여 콜린성 신경세포로 분화시켰을 때, 신경세포 특이 표지인 $\beta$-tubulin III와 콜린성 신경 특이 표지인 ChAT에 양성반응를 보였다. 결론적으로 사람 지방조직의 중간엽 줄기세포가 도파민성과 콜린성 신경세포로 분화가 가능하고 이러한 잠재성을 가진 지방 유래 중간엽 줄기세포는 퇴행성 신경질환에 대한 세포 치료제로서 가능성을 제시한다.

• 생명과학회지
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• 제23권1호
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• pp.137-142
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• 2013

인체 중간엽 줄기세포는 지방세포, 골세포, 연골세포, 근육세포 등 여러 형태의 세포로의 분화되는 것이 특징이다. 특히, 최근 연구 결과를 살펴 보면, 중간엽 줄기세포는 생체 내에서 조직 특이적인 세포 형태로 분화 된다. 본 연구에서는 염증 상태에 존재하는 중간엽 줄기 세포가 혈관 형성에 관여하는지 알아보고, 염증 상태에 존재하는 줄기세포의 역할을 규명하고자 본 연구를 진행하였다. 생체 내 염증 상태와 유사한 환경을 만들고자, 강력한 염증 유발 물질인 LPS를 대식세포에 처리하여 그 배양액을 중간엽 줄기세포에 처리하여 변화를 관찰하였다. LPS 배양액을 처리한 중간엽 줄기세포는 평활근 세포로 분화가 촉진되는 것을 확인하였으며, LPS 배양액에 존재하는 분화 유도 물질이 $PGF2{\alpha}$임을 확인하였다. 이에 본 연구결과를 통해 염증 상태에서 존재하는 중간엽 줄기세포는 평활근 세포로의 분화가 촉진되는 것을 확인하였다. 본 연구는 염증성 미세환경 내에 존재하는 중간엽 줄기세포가 평활근 세포로 분화가 유도됨을 확인하였고, 혈관 형성을 촉진하는데 영향을 미칠 수 있음을 제시한다.

• 한국임상수의학회:학술대회논문집
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• 한국임상수의학회 2007년도 추계국제학술대회 및 컨퍼런스
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• pp.639-639
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• 2007

• Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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• 제36권1호
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• pp.23-34
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• 2009

목 적: 중간엽 줄기세포를 임상에 적용하기 위해서는 체외 배양을 통한 세포증식 과정이 필요하나, 오랜 기간 동안 체외 배양을 하게 되면 노화되어 특성이 변하고 분화 능력 또한 감소하게 된다. 따라서 현재까지는 초기 계대배양의 세포만이 임상에 적용되고 있는 실정이며 체외에서의 세포 배양이 세포의 특성에 미치는 영향에 대한 연구와 함께 세포의 특성 변화 없이 체외증식이 가능하도록 하는 연구들이 골수 및 지방유래 중간엽 줄기세포에서 보고되고 있다. 그러나 현재 탯줄유래 줄기세포의 체외 배양에 따른 특성 변화 분석 연구는 아직 잘 이루어지지 않고 있다. 본 연구의 목적은 탯줄유래 줄기세포의 체외 배양 시 계대배양 증가에 따른 줄기세포의 특성 변화를 분석하고자 하였다. 연구방법: 사람의 탯줄유래 줄기세포 (human umbilical cord-derived stem cells, HUC)를 분리하여 in vitro에서 계대배양하였다. 계대배양에 따른 세포의 형태와 population doubling time (PDT)을 조사하고 RT-PCR 방법을 이용하여 mRNA 분석을 하였으며 면역세포화학 염색법을 이용하여 단백질 발현을 분석하였다. 결 과: 탯줄유래 줄기세포는 평균 10번의 계대배양 후 senescence를 나타냈다. 세포의 형태는 7번째 계대배양 이후 세포질이 넓어지고 세포의 크기가 커지는 변화를 나타냈으며 PDT가 증가하기 시작하였다. 계대배양 4, 8, 10번째 시기의 세포의 mRNA 변화를 분석한 결과 Oct-4, HNF-4${\alpha}$, mRNA는 10번째 계대배양까지 지속적으로 발현하였으나 nestin, vimentin mRNA는 지속적으로 발현이 감소하였고 SCF mRNA는 지속적으로 발현이 감소하였다. 이에 반해 HLA-DR${\alpha}$, Pax-6, BMP-2 mRNA는 모든 계대배양 시기의 세포에서 발현되지 않았다. 면역세포화학 분석법을 통한 3, 6, 9번째 계대배양 세포의 단백질 발현 분석 결과 SSEA-3와 SSEA-4는 3, 6, 9번째 계대배양 세포 모두에서 발현하였으나 ICAM-1과 HLA-ABC는 계대배양이 증가함에 따라 발현이 증가되었다. Thy-1 단백질은 p9에서 발현이 증가되었으며 이와 반대로 TRA-1-60와 VCAM-1 단백질은 p6과 p9 시기에 발현이 감소되었다. HLA-DR 단백질은 모든 계대배양 시기에 발현되지 않았다. 결 론: 본 연구결과 탯줄유래 줄기세포는 체외 배양 시 줄기세포 특성이 일부 변하는 것을 관찰하였다. 앞으로 줄기세포의 특성을 유지할 수 있는 체외 배양법의 발달을 위한 연구들이 수행 되야 할 것으로 사료된다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제36권2호
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• pp.394-406
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• 2019

본 연구는 사람의 다양한 세포주를 이용하여 활성산소종(과산화수소수)이 세포의 노화에 미치는 영향을 비교 조사하였다. 여러 농도의 과산화수소수에 세포주를 일주일 동안 배양하여 MTT 방법으로 과산화수소수에 대한 세포 성장의 반억제농도를 구하였다. 그 결과, 50대에서 유래하는 피부 섬유아세포와 10대의 노화 유도 피부 섬유아세포와 비교하여 10대에서 유래하는 피부 섬유아세포에서 과산화수소수에 대한 반억제농도의 값이 유의적으로 더 높았고, 10대의 피부 섬유아세포보다는 10대의 여러 조직 기원하는 성체줄기세포에서 반억제농도의 값이 유의적으로 더 높게 관찰되었다. 또한, 50 ppm 과산화수소수를 1주일 동안 처리한 후, 50대의 피부 섬유아세포에서 다른 세포주에 비해 세포 성장이 현저히 억제되었고, 노화 관련 베타-갈락토시다아제의 활성이 증가되는 것을 관찰하였다. 또한, 활성산소의 세포 독성을 중화시키는 두 유전자, 글루타티온 과산화효소(GPX)와 카탈라아제(CAT)의 발현을 각 세포주에서 조사하였을 때, CAT의 발현은 모든 세포주에서 대체로 낮았지만, GPX 유전자의 발현이 50대의 피부 섬유아세포보다 10대의 피부 섬유아세포와 성체줄기세포에서 현저히 높게 발현되는 것을 관찰하였다. 이상의 결과에서 활성산소는 세포 노화를 유도하고, GPX의 발현이 높은 10대의 피부 섬유아세포와 줄기세포보다는 50대의 피부 섬유아세포와 노화된 피부 섬유아세포에서 활성산소종에 대해 더 큰 민감성을 가지고 있는 것을 알 수 있었다.