| 초록 |
연구의 목적 및 내용 · 본 연구의 목표는 자성 나노입자 및 기능성 나노구조체를 도입하여 3차원 줄기세포 클러스터 구조를 형성하고 효과적인 분화를 촉진하는 기술을 개발함으로써, 이를 줄기세포 치료에 활용하기 위한 것임. · 본 연구는 유도 만능줄기세포로의 역분화를 위한 생체분화 가능하고 임상에 가능한 최적화적인 유전자 전달체 개발을 목표로 함. · High-throughput substrate과 저분자 물질 스크리닝을 이용한 유도 만능 줄기세포 분화 및 조직형성 최적화 기술 개발을 목표로 함. · 생리활성 생체재료로 이루어진 하이드로겔과 자성 나노입자를 이용한 근골격계 조직공학을 보다 효율적인 측면에서 분화 유도 할 수 있는 기술 개발을 목표로 함. · 만능유도줄기세포 유도, 분화, 및 3차원 복합조직 형성을 위한 줄기세포 플랫폼 연구를 진행하는데 필요한 나노구조체를 개발. · 줄기세포 치료기술을 개발하는데 새로운 돌파구를 마련하고 그동안 줄기세포 연구에 나노기술을 직접 적용하는데 있었던 한계점을 극복하고자 함. · 따라서 본 연구진들은 다음과 같은 내용으로 개발을 진행함. · 이를 위한 세부 전략으로는: 1. 자성 나노입자를 이용한 줄기세포의 효과적인 3차원 세포 클러스터 구조 형성 2. 자성 나노입자에 의한 세포-세포 결합력 증진 및 세포 분화 촉진 3. 기능성 나노구조체를 도입함으로써 세포 활성 및 분화 촉진 4. 다른 조직 간의 효과적인 결합을 통한 복합 조직의 형성 5. 동물 모델에서의 3차원 세포의 이식, 유효성, 안정성 확보 및 조직 재생의 극대화 6. 나노 기술이 도입된 만능유도 줄기세포의 치료활용을 위한 줄기세포 치료 플랫폼 확보 7. High-throughput을 이용한 유전자 전달 시스템 및 역분화 세포 확립 8. 분화 최적화를 위한 미세환경 조절 가능 기술 확립 9. 근골격계 조직공학을 위한 다양한 지지체 및 자성 나노입자를 이용한 조직공학 10. 유도 만능줄기세포로의 역분화를 위한 나노 유전자 전달체의 개발 11. 유도 만능줄기세포 플랫폼의 개발 12. 분화된 세포의 3차원 복합조직 형성을 위한 플랫폼 및 자성 나노입자의 개발 연구개발성과 · 3차원 줄기세포 클러스터 유도를 위해 줄기세포에 자성 나노 입자를 도입하여 자화능을 갖도록 유도하며, 한 곳으로 집중화된 외부 자기력 시스템을 사용하여 세포가 3차원적 클러스터를 효율적으로 이루도록 하며 이를 비부착 형태로 배양함 · 3차원 형성된 줄기세포 클러스터의 형태 조절하고 여기에 최적의 배양 환경 조성을 위해 세포 활성을 부여할 수 있는 기능성 나노 구조체를 도입하여 분화 촉진, 복합 조직 형성 및 전임상에서의 이식의 효율성, 안정성을 도모함. · 이를 위한 세부전략은 다음과 같음: - 자성 나노입자와 유도된 외부자기력을 이용한 3차원 줄기세포 클러스터 형성 기술 개발 및 자기력에 의한 세포 간의 유기적인 결합능 증진 - 3차원 세포 형성에 의한 줄기세포의 생존성 및 활성 증진 - Bioactive한 기능성 나노구조체를 도입하여 세포배양 효능 증대, 분화 촉진 및 다양한 형태의 3차원 형성법 개발 - 외부자기력 및 나노구조체를 이용하여 형성된 3차원 조직의 동물 내 이식 및 고정화 촉진 - 다른 조직 간의 융합을 통하여 생체 내 세포 재생능력 증진 - 기능성 나노 소재의 functional modification을 통해 분화 촉진 기능 외 세포 추적 및 모니터링 기능을 부여하고 이를 in vitro 및 동물모델에서 관찰 · MC-LGNSO의 합성 전달체 개발 및 특성파악 · MC-LGNSO와 PBAE 고분자 전달체를 통한 유도 만능줄기세포주 확립 · 근골격계 분화 최적화 조건 및 고분자 레진을 이용한 미세환경 조절 가능 근육세포모방 지지체 확립 · 고분자 하이드로겔과 RGD 펩타이드를 이용한 3차원 지지체 확립 · 나노입자를 통한 세포 표면 코팅 프로토콜 확립 및 세포 이미징 시스템 개발 · 자성 나노입자를 이용한 임상 적용 가능 세포/조직 전달 시스템 개발 · 자성나노입자 기반의 성장인자 전달체를 제조하여 최대 7일까지 방출이 지속되며, 단순 성장인자에 비해 6배 이상 세포가 증식함을 확인함을 통해 전달체로서의 가능성을 보여주었음 · 박테리아유래 자성나노입자 표면 개질을 통해 생체적합성을 가지는 자성나노입자의 개발 · 그래핀 옥사이드 시트와 FGF-2를 같이 담지하여 제조한 하이드로젤 플랫폼의 제조를 통해 기존 플랫폼에 비해 높은 줄기세포 증식 및 전분화능을 가지는 것을 확인 · RGD-peptide로 다층박막을 입힌 세포의 경우 교반 배양 시 최대 4배나 가까운 안정성을 보여주었으며, 대조군 대비 80% 가까이 세포 이동능력 확보 · 다양한 물질로 세포 위에 표면을 개질하였을 때, 물질의 특성에 따라서 뼈세포 및 지방세포로 분화하는 능력이 생기거나 뚜렷하게 저해됨을 확인 · 전기적인 자극을 통한 다층박막의 분해를 유도, 이에 따라 단백질도 방출되는 플랫폼 제조 · 약물담지가 가능한 마이셀을 이용하여 약물방출 제어가 가능한 다층박막 제조 · 박테리아유래 자성나노입자 위 표면 개질을 진행한 후 세포독성 실험을 통해 독성이 없음을 확인 · 옻나무 추출물인 우루시올을 이용한 다층박막의 생체 적합성 확인을 통해 추후 기능성 물질로의 응용 가능성 확보 · 다기능성 나노입자의 개발을 위한 생체 적합성 물질 라이브러리 확립 · 최적화된 gene delivery를 위한 자성나노입자와 siRNA 입자 복합체 제조 및 자성 유도 타겟팅 효율 증대 · 세포 시트 제조 및 다층박막 코팅을 통한 물리적 성질 증대 · 세포 시트에서의 약물 방출을 위한 free-standing 나노박막 복합체 제조 · 유도만능줄기세포 배양 플랫폼을 위한 bFGF 포함 다층박막 제조 · 나노입자 표면 다층박막 코팅을 통한 토끼 각막의 조직 재생 증식 및 생체 적합성 확인 · 줄기세포 표면 다층박막 제조를 통한 증식, 분화 효율 증대 · 줄기세포 표면 다층박막 제조를 통한 물리적인 안정성 증대 연구개발성과의 활용계획(기대효과) · 본 기술은 자성 나노 입자 및 기능성 나노구조체를 도입하여 기존에 존재하지 않는 새로운 방법의 3차원 세포 클러스터 형성방법을 제시함 · 자성나노 입자를 비롯한 나노구조체를 이용한 3차원 줄기세포 형성방법은 세포간의 효율적인 결합 및 ECM 분비를 유도하고 세포의 분화에 유리한 환경을 조성하여 세포 분화 촉진을 가져올 수 있으며, 다양한 형태와 세포 구성을 갖는 형상을 구현할 수 있어 세포 재생 효과의 극대화를 유도할 수 있음 · 자성나노 입자와 자기력을 이용한 세포혼합배양기술과 다양한 생물학적 활성 기능을 부여한 나노구조체의 복합이용은 줄기 세포 분화의 시너지효과를 유도할 수 있음 · 나노지지체를 이용한 근골격계로의 분화를 유도함으로써 임상적용시 보다 적합하고 세포의 생존율 및 분화율을 향상시키는 세포치료법 개발에 도움이 될 것으로 여겨짐 · 자성 나노입자를 이용한 세포/조직 전달 시스템은 임상적용에 큰 활용이 될 것으로 예상됨 · 나노입자를 이용한 세포 표면 코팅은 세포 이미징과 약물 전달 시스템 발전에 활용 가능할 것으로 여겨짐 · 하이드로겔 안에서의 연골세포의 생물작용과 안전성 연구는 연골질환치료와 질환 기작연구에 적용이 가능할 것으로 사료됨 · 다양한 생체적합성 물질을 이용하여 줄기세포의 기능에 도움을 주는 약물, 유전자, 단백질 등의 담지, 방출제어가 가능한 박막을 제조하여 기존의 약물 방출 플랫폼의 한계점을 극복함 · 자성나노입자의 개질을 통하여 줄기세포를 이용한 3차원 복합조직 개발에 새로운 방법을 제시함 · 줄기세포 표면에 직접 기능성 물질들을 코팅하는 방식을 통하여 줄기세포 치료 및 응용 가능성을 제시함 (출처 : 요약문 4p) |
