KR101594248B1 - An Enhancing Angiogenes of IL-8-treated Stem Cells and the Use thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 IL-8이 처리된 줄기세포의 현저한 혈관신생 기능에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 IL-8이 처리된 중간엽줄기세포가 AKt 및 ERK를 인산화시키는 기작을 통해 VEGF의 분비를 촉진시키고, 혈관신생을 유도하여 뇌졸중 등의 허혈성 질환을 효과적으로 치료할 수 있는 용도에 관한 것이다.The present invention relates to the remarkable angiogenic function of IL-8-treated stem cells, and more particularly to a method for stimulating the secretion of VEGF through a mechanism of IL-8-mediated mesenchymal stem cell phosphorylation of AKt and ERK And inducing angiogenesis to effectively treat ischemic diseases such as stroke.
Description
본 발명은 IL-8이 처리된 줄기세포의 현저한 혈관신생 기능에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 IL-8이 처리된 중간엽줄기세포가 VEGF의 생성을 촉진시키고, AKt 및 ERK를 인산화시키는 기작을 통해 혈관신생을 유도하여 뇌졸중, 심근허혈(myocardial ischemia) 및 척수손상(spinal cord injury) 등의 허혈성 질환을 효과적으로 치료할 수 있는 용도에 관한 것이다.The present invention relates to the remarkable angiogenesis function of IL-8-treated stem cells, and more specifically, to a method of stimulating the production of VEGF and phosphorylating AKt and ERK in mesenchymal stem cells treated with IL-8 To induce angiogenesis to effectively treat ischemic diseases such as stroke, myocardial ischemia, and spinal cord injury.
뇌졸중은 전세계적으로 사망원인 2위를 차지하는 중요한 질환이다. 뇌졸중의 85%는 혈관의 폐색으로 인한 뇌경색 형태로 오며 폐색의 주된 원인은 혈전의 형성, 심장이나 큰 혈관에서 기인한 색전이다. 혈관이 막히면 비가역적인 손상의 중심이 되는 허혈중심부(ischemic core)가 발생하고 여러 요인들에 의해 생존에 영향을 받는 허혈중심부 주변의 허혈반음영(ischemic penumbra)이 나타난다. 이후에 조직에서는 여러 기전들에 의해 괴사(necrosis)와 세포자멸사(apoptosis)가 발생한다.Stroke is the leading cause of death worldwide. 85% of strokes come from cerebral infarction due to occlusion of the blood vessels. The main cause of occlusion is thrombus formation, embolization due to the heart or large blood vessels. When the blood vessel is clogged, an ischemic core is formed, which is the center of irreversible damage, and an ischemic penumbra around the ischemic core affected by various factors. Thereafter, necrosis and apoptosis are caused by various mechanisms in the tissues.
기전을 요약해 보면 신경세포 이온채널의 붕괴로 인해 흥분성 신경전달물질인 글루탐산염(glutamate)이 방출되고 이로 인해 N-methyl-D-aspartate (NMDA) 수용체와 전압의존성 칼슘채널(voltage-dependent calcium channel, VDCC)을 통한 과도한 칼슘의 유입이 발생한다. 또한 DNA 손상에 대한 반응으로 nuclear protein poly (ADP-ribose) polymerase가 활성화 되어 NAD+의 세포내 농도가 감소하고 에너지 생산도 감소한다. In summary, the disruption of the nerve cell ion channel results in the release of the excitatory neurotransmitter, glutamate, which causes the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor and the voltage-dependent calcium channel , VDCC). ≪ / RTI > In addition, in response to DNA damage, nuclear protein poly (ADP-ribose) polymerase is activated, resulting in decreased intracellular concentration of NAD + and decreased energy production.
그러므로 재관류 즉 혈류의 빠른 복구가 뇌조직의 손상을 최소화시키는 최상의 방법이다. 뇌경색 주변부가 새로운 신경세포와 혈관이 생성되는 주요 부위가 된다. 이러한 내재된 신경생성(neurogenesis)은 신생세포(newborn cell)가 뇌경색 부위로 이주하고 필요한 형태로 분화하면서 증가되는데 혈관재형성(vascular remodeling)과도 연관된다. 이 과정에서 신경생성과 혈관생성(angiogenesis)은 신생 혈관에 의한 stromal-derived factor 1 (SDF1)과 angiopoietin 1 (Ang1)을 통해 밀접하게 연결되어 있다.Therefore, reperfusion, the rapid recovery of blood flow, is the best way to minimize damage to brain tissue. The peripheral portion of the cerebral infarction is the main site where new neurons and blood vessels are generated. This inherent neurogenesis is also associated with vascular remodeling, in which newborn cells migrate to the site of cerebral infarction and differentiate into the required form. In this process, neurogenesis and angiogenesis are closely linked through neovascular stromal-derived factor 1 (SDF1) and angiopoietin 1 (Ang1).
현재까지 뇌경색 환자의 급성기 치료로 공인된 유일한 치료법인 혈전용해술은 시간적 문제, 접근성의 문제 등으로 인해 전체 뇌졸중 환자의 3%에서만 적용이 가능한 것이 현실이다. 초기 뇌졸중 사망률은 8-50%로 나라마다 다양하며 생존하는 환자들은 재활치료에 기초한 기능적 회복을 도모하게 된다. 그러나 약 50%의 환자는 지속적인 기능적 장애를 겪게 되는데 이들 중 30%는 요양원에 입소하거나 비슷한 환경에서 생활하게 되며 약 20% 이상의 환자는 일상생활 영유에 보호자, 간병인 등의 도움이 필요하게 된다. To date, thrombolytic therapy, the only treatment approved for acute phase in stroke patients, is only applicable to 3% of stroke patients due to temporal problems and accessibility problems. The initial stroke mortality rate varies from country to country, ranging from 8 to 50%, and surviving patients will achieve functional recovery based on rehabilitation therapy. However, about 50% of patients suffer from persistent functional disabilities, 30% of whom are admitted to a nursing home or live in a similar environment. About 20% or more of the patients require help from caregivers or caregivers in their daily activities.
그러므로 뇌졸중 후 발생하는 신경학적 장애를 최소화하고 회복시킬 능력이 있는 복구능력과 재생능력을 갖춘 새로운 치료법이 반드시 필요한 실정이다.Therefore, new therapies with restorative and regenerative abilities capable of minimizing and restoring neurological disorders after stroke are indispensable.
최근에 뇌졸중으로부터 신경학적 회복을 증가시키기 위하여 줄기세포 치료를 실시하여 안전성과 효과를 증명하는 많은 보고들이 있다. 뇌졸중은 줄기세포 치료 대상으로 몇 가지 장점을 가지고 있다. 다른 신경계 질환과는 달리 하나의 국소적인 손상부위가 있어 직접적인 세포주입 목표점이 되고 질병의 안정화나 악화의 완화가 아니라 기능의 회복을 기대해 볼 수 있다는 점이다. 뇌졸중 동물연구 결과에 의하면 줄기세포 치료는 세포이식, 뇌조직으로의 분화유도, 기능적 호전 등의 재생능력을 발휘하고 있다.Recently, there have been many reports on the safety and efficacy of stem cell therapy to increase neurological recovery from stroke. Stroke has several advantages over stem cell therapy. Unlike other neurological diseases, there is one local damage site, which is a direct target for cell injection and can be expected to restore function rather than alleviate the stabilization or worsening of the disease. Stem cell research has shown that stem cell therapies are capable of regenerating cell transplantation, inducing differentiation into brain tissue, and improving function.
그러나, 아직까지 줄기세포를 이용한 뇌졸중 환자의 치료는 초기단계에 있다. 줄기세포를 뇌졸중으로 인한 기능적 장애를 극복하기 위한 후보 치료법으로 본다면 아직 넘어야 할 과제가 많다. 또한 뇌졸중 이후 줄기세포의 투입시기, 방법, 세포의 종류, 세포수에 대한 연구가 더 필요하다.
However, the treatment of stroke patients using stem cells is still at an early stage. There are still many challenges to be overcome if stem cells are considered as a candidate therapy to overcome the functional impairment caused by stroke. In addition, there is a need for additional studies on the timing, method, cell type, and cell number of stem cells after stroke.
이에, 본 발명자는 IL-8이 처리된 중간엽줄기세포가 VEGF의 생성을 촉진시키고, AKt 및 ERK를 인산화시키는 기작을 통해 혈관신생을 효과적으로 유도하는 메커니즘을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have completed the present invention by confirming the mechanism by which IL-8-treated mesenchymal stem cells promote the production of VEGF and induce angiogenesis through a mechanism of phosphorylating AKt and ERK.
본 발명은 IL-8을 처리한 줄기세포의 유난히 현저한 VEGF의 생성능 및 관련 메커니즘에 관한 것으로, 본 발명의 주된 목적은 VEGF의 생성능을 향상시키는, IL-8 처리한 줄기세포를 함유하는 허혈성 질환 치료 및 예방용 조성물 및 이의 이용한 허혈성 질환의 치료방법을 제공하는 데 있다.The present invention relates to an exceptionally prominent VEGF-producing ability and related mechanism of IL-8-treated stem cells, and a main object of the present invention is to provide a method for treating ischemic diseases containing IL-8-treated stem cells And a method for treating ischemic diseases using the same.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, IL-8이 처리된 줄기세포, 바람직하게는 중간엽줄기세포가 VEGF의 생성을 촉진시키면서 나아가 AKt 및 ERK의 인산화 또한 촉진시킴으로써 혈관신생의 촉진을 유도함을 규명한 메커니즘의 이용을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for inducing angiogenesis by promoting the production of VEGF and further promoting phosphorylation of AKt and ERK in stem cells treated with IL-8, preferably mesenchymal stem cells Provides the use of one mechanism.
이 때, 상기 IL-8 처리는 줄기세포의 생존능 및 분화능에는 영향을 끼치지 않으면서 VEGF의 생성 및 AKt와 ERK를 인산화를 촉진시킴으로써 혈관 신생을 유도하는 것을 특징으로 한다.At this time, the IL-8 treatment induces angiogenesis by promoting the production of VEGF and phosphorylation of AKT and ERK without affecting the survival and differentiation ability of stem cells.
구체적인 일 례로서, 본 발명의 IL-8이 처리된 줄기세포를 함유하는, 허혈성 뇌질환 치료 및 예방용 세포 치료제를 제공한다. 상기 허혈성 뇌질환은 뇌졸중인 것을 가장 바람직하다.As a specific example, the present invention provides a cell therapy agent for treatment and prevention of ischemic brain diseases, which comprises the stem cell treated with IL-8 of the present invention. The ischemic brain disease is most preferably a stroke.
이 때, 상기 줄기세포는 골수 유래, 제대혈 유래, 지방 유래, 혈액 유래, 간장 유래, 피부 유래, 위장관 유래, 태반 유래, 신경 유래, 부신 유래, 상피 유래 및 자궁 유래의 인간조직 성체 줄기세포에서 선택되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 이들의 중간엽줄기세포에서 선택되는 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는 골수 유래 중간엽줄기세포를 사용하였다.At this time, the stem cells can be selected from stem cells derived from bone marrow, umbilical cord blood, fat, blood, liver, skin, gastrointestinal tract, placenta, nerve, adrenal, epithelium and uterus And more preferably selected from these mesenchymal stem cells. In one embodiment of the present invention, bone marrow-derived mesenchymal stem cells were used.
또한, 이러한 줄기세포에 대하여 IL-8는 약 150~250 ng/ml 농도로 약 1~3일 동안 처리되는 것이 바람직하다.In addition, IL-8 is preferably treated with about 150 to 250 ng / ml of the stem cells for about 1 to 3 days.
이 밖에도, 본 발명은 IL-8를 처리한 줄기세포의 유난히 현저한 혈관신생 능력을 이용하는 다른 용도도 제공할 수 있다.In addition, the present invention may also provide other uses that utilize the exceptionally prominent angiogenic potential of IL-8 treated stem cells.
본 발명은 IL-8을 처리한 줄기세포의 현저한 VEGF의 생성능과 관련된 메커니즘을 이용하는 것으로, IL-8을 처리한 줄기세포는 AKt 및 ERK를 인산화촉진 신호 경로에 관여함으로써 VEGF의 생성 및 이에 따른 혈관신생을 촉진시킨다. 그러므로, 본 발명은 줄기세포에 특정 사이토카인 IL-8의 처리의 간단한 방법으로 매우 효과적으로 혈관신생을 유도함으로써 뇌졸중 등의 허혈성 뇌질환치료에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.The present invention utilizes a mechanism related to the remarkable production ability of VEGF in IL-8-treated stem cells. In the stem cell treated with IL-8, AKT and ERK are involved in the phosphorylation promoting signal pathway, Promotes new life. Therefore, the present invention can be effectively used for the treatment of ischemic brain diseases such as stroke by inducing angiogenesis very effectively by a simple method of treating a stem cell with a specific cytokine IL-8.
도 1은 IL-8 처리된 hBM-MSCs에서 VEGF 발현 및 생성을 웨스턴 블럿(A) 및 ELISA(B)로 확인한 결과이다.
도 2는 hBM-MSCs에서의 IL-8 영향을 확인한 결과로서, IL-8 처리에 따른 hBM-MSCs 생존능 및 분화능을 비교한 결과이다.
도 3은 hBM-MSCs에서 IL-8-유도된 VEGF 생성에 관여하는 PI3K/Akt 및 MAPK/ERK 신호 경로를 확인하기 위한 각 저해제의 영향(A), hBM-MSCs에서 Akt, ERK, p38, 및 JNK 녹다운의 웨스턴 블럿 분석 결과(B) 및 IL-8 처리된 hBM-MSCs에 서Akt, ERK, p38, 및 JNK 녹다운의 영향을 확인한 결과이다.
도 4는 PI3K 및 ERK 저해제 존재 또는 부존재 처리 후 hBM-MSCs에서의 IL-8의 Akt 및 ERK 인산화(phosphorylation) 촉진능을 확인한 결과이다.
도 5는 IL-8-유도된 VEGF의 in vitro에서의 튜브 형성 능력을 관찰한 결과로서, MBECs의 혈관형성 능력을 확인한 결과이다.
도 6은 PI3K/Akt 및 MAPK/ERK 신호 변환 경로에 따른 IL-8-유도된 혈관형성 조절능을 확인한 결과이다[A:튜브 형성능, B:통계학적 분석 그래프]
도 7은 MCAO 랫트에서 병변 크기 상의 IL-8-처리된 hBM-MSCs의 영향에 대한 허혈 병변 볼륨을 TTC 염색에 의해 측정한 결과 및 이의 통계적 분석 결과이다.
도 8은 PKH26-표지된 IL-8-처리 hBMMSCs를 허혈성 뇌에 이식한 결과이다.
도 9는 뇌졸중 후 혈관형성에서 IL-8-처리 hBM-MSCs의 영향을 알아보기 위하여, 내피세포 마커 BrdU 및 CD31로 냉동 뇌조직을 이중 라벨링하여 내피 세포 증식을 관찰한 결과이다.Figure 1 shows the results of Western blot (A) and ELISA (B) for VEGF expression and production in IL-8 treated hBM-MSCs.
FIG. 2 shows the results of comparing the viability and the differentiation potential of hBM-MSCs according to IL-8 treatment as a result of confirming the effect of IL-8 on hBM-MSCs.
Figure 3 shows the effect (A) of each inhibitor to identify PI3K / Akt and MAPK / ERK signaling pathways involved in IL-8-induced VEGF production in hBM-MSCs, Akt, ERK, p38, and ERK, p38, and JNK knockdown in western blot analysis of JNK knockdown (B) and IL-8 treated hBM-MSCs.
FIG. 4 shows the results of confirming the ability of IL-8 to stimulate Akt and ERK phosphorylation in hBM-MSCs in the presence or absence of PI3K and ERK inhibitors.
FIG. 5 is a result of observing the tube-forming ability of IL-8-induced VEGF in vitro and confirming the angiogenic ability of MBECs.
FIG. 6 shows the results of confirming the ability of IL-8-induced angiogenesis control by PI3K / Akt and MAPK / ERK signal transduction pathways [A: tube forming ability, B: statistical analysis graph]
Figure 7 shows the results of statistical analysis of the ischemic lesion volume measured by TTC staining for the effect of IL-8-treated hBM-MSCs on lesion size in MCAO rats.
Figure 8 shows the results of transplanting PKH26-labeled IL-8-treated hBMMSCs into the ischemic brain.
FIG. 9 shows results of endothelial cell proliferation observed by double labeling of brain tissue frozen with endothelial marker BrdU and CD31 in order to examine the effect of IL-8-treated hBM-MSCs on angiogenesis after stroke.
본 발명에서 사용되는 대표적인 용어에 대한 정의는 이하와 같다.
Representative terms used in the present invention are as follows.
"대상" 또는 "환자"는 인간, 소, 개, 랫트, 토끼, 닭, 곤충 등을 포함하여 치료가 요구되는 임의의 단일 개체를 의미한다. 바람직하게는 인간이다. 또한, 임의의 질병 임상 소견을 보이지 않는 임상 연구 시험에 참여한 임의의 대상 또는 역학 연구에 참여한 대상 또는 대조군으로 사용된 대상이 대상에 포함된다. "Subject" or "patient" means any single entity that requires treatment, including human, cow, dog, rat, rabbit, chicken, It is preferably a human. In addition, any subject who participates in a clinical study test that does not show any disease clinical findings, or who participates in epidemiological studies or used as a control group is included.
"조직 또는 세포 샘플"은 대상 또는 환자의 조직으로부터 얻은 유사한 세포의 집합체를 의미한다. 조직 또는 세포 샘플의 공급원은 신선한, 동결된 및/또는 보존된 장기 또는 조직 샘플 또는 생검 또는 흡인물로부터의 고형 조직; 혈액 또는 임의의 혈액 구성분; 대상의 임신 또는 발생의 임의의 시점의 세포일 수 있다. 조직 샘플은 또한 1차 또는 배양 세포 또는 세포주일 수 있다. "Tissue or cell sample" refers to a collection of similar cells obtained from a subject or tissue of a patient. The source of the tissue or cell sample may be a solid tissue from fresh, frozen and / or preserved organ or tissue sample or biopsy or aspirate; Blood or any blood components; It may be a cell at any point in the pregnancy or development of the subject. Tissue samples can also be primary or cultured cells or cell lines.
"유전자"는 단백질 코딩 또는 전사시에 또는 다른 유전자 발현의 조절시에 기능적 역할을 갖는 임의의 핵산 서열 또는 그의 일부를 의미한다. 유전자는 기능적 단백질을 코딩하는 모든 핵산 또는 단백질을 코딩 또는 발현하는 핵산의 일부만으로 이루어질 수 있다. 핵산 서열은 엑손, 인트론, 개시 또는 종료 영역, 프로모터 서열, 다른 조절 서열 또는 유전자에 인접한 특유한 서열 내에 유전자 이상을 포함할 수 있다."Gene" means any nucleic acid sequence or portion thereof that has a functional role at the time of protein coding or transcription, or in the control of other gene expression. The gene may consist of only a portion of the nucleic acid encoding or expressing any nucleic acid or protein that encodes the functional protein. The nucleic acid sequence may comprise an exon, an intron, an initiation or termination region, a promoter sequence, another regulatory sequence, or a gene abnormality within a particular sequence adjacent to the gene.
"폴리뉴클레오티드(polynucleotide)" 또는 "핵산(nucleic acid)"이라는 용어는 리보뉴클레오티드 뿐만 아니라 디옥시리보뉴클레오티드 등 온갖 길이의 뉴클레오티드 중합체를 의미한다. 이 용어는 분자의 1차적 구조만을 의미하고, 따라서 이중 또는 단일 사슬의 DNA 또는 RNA를 의미한다. The term "polynucleotide" or "nucleic acid" refers to nucleotide polymers of any length, including ribonucleotides as well as deoxyribonucleotides. This term refers only to the primary structure of the molecule, and thus to DNA or RNA of a double or single chain.
"형질감염 또는 트랜스펙션"은 세포외부 DNA가, 수반물질이 있고 없는 상태로 숙주 세포로 들어가는 과정을 말한다. "트랜스펙션된 세포"란 세포 외부 DNA가 세포 내로 도입되어 세포 외부 DNA를 가지고 있는 세포를 가리킨다. DNA는 세포로 도입되어 핵산이 염색체에 삽입되거나 혹은 염색체 외 물질로 복제될 수 있다. "Transfection or transfection" refers to the process by which extracellular DNA enters host cells in the absence and presence of entities. "Transfected cell" refers to a cell in which extracellular DNA is introduced into a cell and contains extracellular DNA. DNA can be introduced into the cell and the nucleic acid can be inserted into the chromosome or replicated as an extrachromosomal material.
"줄기세포(stem cell)"는 어떤 조직으로든 발달할 수 있는 세포를 의미한다. 기본적인 특징으로는 두 가지가 있는데, 우선 반복 분열하여 자신을 만들어 내는 자기 재생산(self-renewal), 그리고 환경에 따라 특정한 기능을 지닌 세포로 분화할 수 있는 다분화 능력을 갖는다. "Stem cell" means a cell capable of developing into any tissue. There are two basic features: self-renewal, which creates itself by repeated division, and the ability to differentiate into cells with specific functions depending on the environment.
"(중)간엽줄기세포"는 인간 또는 포유류의 조직으로부터 분리해 낸 미분화된 성체 줄기세포의 한 종류로서, 다양한 조직에서 유래할 수 있다. 성체 줄기세포 중 조혈모세포는 주로 부유상태(non-adherent)로 존재하지만 간엽줄기세포는 주로 부착성 세포들이다. 특히, 제대 유래 간엽줄기세포, 제대혈 유래 간엽줄기세포, 골수 유래 간엽줄기세포, 지방 유래 간엽줄기세포, 근육 유래 간엽줄기세포, 신경 유래 간엽줄기세포, 피부 유래 간엽줄기세포, 양막 유래 간엽줄기세포 및 태반 유래 간엽줄기세포일 수 있다. 각 조직에서 줄기세포를 분리하는 기술은 당해 업계에 이미 공지되어 있다."Mesenchymal stem cells" are a kind of undifferentiated adult stem cells isolated from human or mammalian tissues and can be derived from various tissues. In adult stem cells, hematopoietic stem cells are mainly non-adherent, whereas mesenchymal stem cells are mainly adherent cells. Particularly, it is possible to provide a stem cell, a stem cell, a stem cell, a stem cell, a stem cell, a stem cell, a stem cell, a stem cell, a stem cell, a stem cell, Placenta-derived mesenchymal stem cells. Techniques for separating stem cells from each tissue are well known in the art.
"분화(differentiation)"라는 용어는 세포가 분열 증식하여 성장하는 동안에 서로 구조나 기능이 특수화하는 현상, 즉 생물의 세포, 조직 등이 각각에게 주어진 일을 수행하기 위하여 형태나 기능이 변해가는 것을 말한다. 일반적으로 비교적 단순한 계(系)가 둘 이상의 질적으로 다른 부분계(部分系)로 분리되는 현상이다. The term "differentiation" refers to a phenomenon in which cells and tissues specialize in structure or function, while cells grow and proliferate, that is, the form or function changes to carry out the task given to each of them . In general, a relatively simple system is separated into two or more qualitatively different systems.
"미분화성"은 줄기세포에서 적어도 1개 이상의 미분화 마커 또는 여러가지 항원 분자의 발현에 의해 확인할 수 있는 미분화한 상태를 나타내는 성질을 의미한다. 줄기세포의 미분화한 상태는 줄기세포가 거의 영구적으로 또는 장기간 세포 증식 가능하고, 정상적인 핵(염색체)형을 나타내며, 적당한 조건에서 3배엽의 모든 계보의 세포로 분화가능한 능력을 가진 상태를 의미한다."Undifferentiated" means a property that indicates undifferentiated state which can be confirmed by expression of at least one undifferentiated marker or various antigen molecules in stem cells. The undifferentiated state of stem cells refers to a state in which stem cells are capable of proliferating almost permanently or prolonged cells, exhibiting a normal nucleus (chromosomal) shape, and capable of differentiating into cells of all lineages of trimesters at appropriate conditions.
"억제제 또는 저해제(inhibitor)"는 특정 유전자의 발현 또는 활성을 억제, 차단 또는 감소시키는 물질을 의미한다. 억제제의 활성 메커니즘은 특별히 제한되지 않는다. 예로서는 유기 또는 무기 화합물, 단백질, 탄수화물, 지질과 같은 폴리머 화합물, 다양한 화합물의 컴포지트(composite)를 포함한다. By "inhibitor" is meant a substance that inhibits, blocks or reduces the expression or activity of a particular gene. The mechanism of activation of the inhibitor is not particularly limited. Examples include organic or inorganic compounds, proteins, carbohydrates, polymeric compounds such as lipids, and composites of various compounds.
"치료"는 이롭거나 바람직한 임상적 결과를 수득하기 위한 접근을 의미한다. 본 발명의 목적을 위해서, 이롭거나 바람직한 임상적 결과는 비제한적으로, 증상의 완화, 질병 범위의 감소, 질병 상태의 안정화 (즉, 악화되지 않음), 질병 진행의 지연 또는 속도의 감소, 질병 상태의 개선 또는 일시적 완화 및 경감 (부분적이거나 전체적으로), 검출가능하거나 또는 검출되지않거나의 여부를 포함한다. 또한, "치료"는 치료를 받지 않았을 때 예상되는 생존율과 비교하여 생존율을 늘이는 것을 의미할 수도 있다. "치료"는 치료학적 치료 및 예방적 또는 예방조치 방법 모두를 가리킨다. 상기 치료들은 예방되는 장애뿐만 아니라 이미 발생한 장애에 있어서 요구되는 치료를 포함한다. 질병을 "완화(Palliating)"하는 것은 치료를 하지 않은 경우와 비교하여, 질병상태의 범위 및/또는 바람직하지 않은 임상적 징후가 감소되거나 및/또는 진행의 시간적 추이(time course)가 늦춰지거나 길어지는 것을 의미한다."Treatment" means an approach to obtaining beneficial or desired clinical results. For purposes of the present invention, beneficial or desired clinical results include, but are not limited to, alleviation of symptoms, reduction in the extent of disease, stabilization (i.e., not worsening) of the disease state, (Either partially or totally), detectable or undetected, whether or not an improvement or temporary relief or reduction Also, "treatment" may mean increasing the survival rate compared to the expected survival rate when not receiving treatment. "Treatment" refers to both therapeutic treatment and prophylactic or preventative measures. Such treatments include treatments required for disorders that have already occurred as well as disorders to be prevented. &Quot; Palliating " a disease may reduce the extent of the disease state and / or undesirable clinical symptoms and / or delay or slow the time course of the progression, It means to lose.
"세포 치료제"는 세포와 조직의 기능을 복원하기 위하여 살아있는 자가(autologous), 동종(allogenic), 혹은 이종(xenogenic)의 세포를 체외에서 증식, 선별하거나 여러 가지 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 일련의 행위를 통하여 치료, 진단, 예방의 목적으로 사용하는 물질로, 세포의 종류 및 분화 정도에 따라 체세포치료제와 줄기세포 치료제로 나눌 수 있다. 본 발명은 줄기세포 치료제에 관한 것이다.A "cell therapeutic agent" is a cell therapeutic agent that can be used to multiply, select, or alter the biological properties of a cell in vitro, such as autologous, allogenic, or xenogenic cells to restore cell and tissue function It is used for the purpose of treatment, diagnosis and prevention through a series of actions. It can be divided into somatic cell treatment agent and stem cell treatment agent depending on the type of cell and degree of differentiation. The present invention relates to a stem cell therapeutic agent.
"유효량"은, 이롭거나 바람직한 임상적 또는 생화학적 결과에 영향을 주는 적절한 양이다. 유효량은 한번 또는 그 이상 투여될 수 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 저해제 화합물의 유효량은 질병 상태의 진행을 일시적으로 완화, 개선, 안정화, 되돌림, 속도를 늦춤 또는 지연시키는데 적절한 양이다. 만약, 수혜동물이 조성물의 투여에 견딜 수 있거나, 조성물의 그 동물에의 투여가 적합한 경우라면, 조성물은 "약학적으로 또는 생리학적으로 허용 가능함"을 나타낸다. 투여된 양이 생리학적으로 중요한 경우에는 상기 제제는 "치료학적으로 유효량"으로 투여되었다고 말할 수 있다. 상기 제제의 존재가 수혜 환자의 생리학적으로 검출가능한 변화를 초래한 경우라면 상기 제제는 생리학적으로 의미가 있다. An "effective amount" is an appropriate amount that affects a beneficial or desired clinical or biochemical outcome. An effective amount may be administered one or more times. For purposes of the present invention, an effective amount of an inhibitor compound is an amount sufficient to temporarily alleviate, ameliorate, stabilize, reverse, slow down, or delay the progression of a disease state. If the recipient animal is capable of enduring the administration of the composition, or the administration of the composition to the animal is suitable, the composition will be "pharmaceutically or physiologically acceptable ". If the dose administered is physiologically significant, it can be said that the formulation is administered in a "therapeutically effective amount ". The formulation is physiologically relevant if the presence of the formulation results in a physiologically detectable change in the recipient.
"약"이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다."About" means that the reference quantity, level, value, number, frequency, percentage, dimension, size, quantity, weight or length is 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, , Level, value, number, frequency, percent, dimension, size, quantity, weight, or length that varies from one to three, two, or one percent.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "함유하다" 및 "포함하다"란 말은 제시된 단계 또는 원소, 또는 단계 또는 원소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 원소, 또는 단계 또는 원소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
Throughout this specification, the words " comprises "and" comprising ", when not explicitly required in the context, include a stated step or element, or group of steps or elements, but not to any other step or element, And that they are not excluded.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 허혈성 질환의 치료 및 예방에 관한 것이다. The present invention relates to the treatment and prevention of ischemic diseases.
본 발명에서 상기 허혈성 질환이란, 허혈성 세포사에 의해 매개되는 뇌허혈, 심장허혈, 당뇨병성 혈관심장질환, 심부전, 심근비대증, 망막허혈, 허혈성 대장염, 허혈성 급성 신부전증, 뇌졸중, 뇌외상, 알츠하이머 병, 파킨슨 병, 신생아 저산소증, 녹내장, 당뇨성 신경증 등을 포함한다. 이 중에서 바람직한 것은 허혈성 뇌질환, 예를 들어, 가장 바람직하게는 뇌졸증의 치료 및 예방에 관한 것이다. In the present invention, the ischemic disease refers to ischemic diseases such as cerebral ischemia, cardiac ischemia, diabetic cardiomyopathy, heart failure, myocardial hypertrophy, retinal ischemia, ischemic colitis, ischemic acute renal failure, stroke, brain trauma, Alzheimer's disease, , Neonatal hypoxia, glaucoma, diabetic neuropathy, and the like. Among these, preferred is the treatment and prevention of ischemic brain diseases, for example, most preferably stroke.
뇌졸중은 뇌조직으로 가는 혈액 공급의 감소 또는 차단으로 뇌조직의 허혈상태로 발생하는 뇌허혈(ischemic stroke)과 혈관이 터져 뇌조직에서 출혈을 일으키는 뇌출혈(hemorrhagic stroke)의 두 가지로 크게 구분되며, 특히 뇌허혈은 전체 뇌졸중 환자의 약 80% 정도를 차지할 정도로 심각한 질환이다
Stroke is divided into two types: ischemic stroke which occurs as ischemic state of brain tissue due to decrease or interruption of blood supply to brain tissue, and hemorrhagic stroke which causes bleeding in brain tissue due to blood vessel burst Cerebral ischemia is a serious disease that accounts for about 80% of all stroke patients
본 발명은 상기 허혈성 뇌질환의 치료 및 예방을 위해 줄기세포를 이용하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 줄기세포는 IL-8이 처리된 것을 주요한 특징으로 한다. The present invention is characterized by using stem cells for the treatment and prevention of ischemic brain diseases. In particular, the stem cells are characterized by treatment with IL-8.
줄기세포(stem cell)란 자기 복제 능력을 가지면서 두 개 이상의 세포로 분화하는 능력을 갖는 세포로서, 본 발명에서는 바람직하게는 성체 줄기세포, 예를 들어, 지방, 자궁, 골수, 근육, 태반, 제대혈 또는 피부(상피) 등의 조직 유래 줄기세포를 사용할 수 있다. 특히, 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells, MSCs)인 것이 바람직하다. 각 조직에서 줄기세포를 분리하는 기술은 당해 업계에 이미 공지되어 있다.A stem cell is a cell capable of self-replicating and capable of differentiating into two or more cells. In the present invention, preferably a stem cell such as a fat, a uterus, a bone marrow, a muscle, a placenta, Tissue-derived stem cells such as cord blood or skin (epithelium) can be used. In particular, mesenchymal stem cells (MSCs) are preferred. Techniques for separating stem cells from each tissue are well known in the art.
상기 중간엽 줄기세포는 일반적으로 골수(bone marrow)에서 조혈작용을 돕는 지지세포(stroma)로서, 뼈, 연골, 지방, 근육세포를 포함한 여러 가지 중배엽성 세포로 분화하는 능력을 지녔으며, 미분화상태를 유지하면서 쉽게 증식시킬 수 있는 특징이 있고, in vivo 수득 및 확장이 보다 용이하고, 이들 사용에 관련된 윤리적 문제가 거의 없는 장점이 있다.The mesenchymal stem cells are generally stroma for helping hematopoiesis in bone marrow, and have the ability to differentiate into various mesodermal cells including bone, cartilage, fat and muscle cells, and the undifferentiated state And it is easy to obtain and expand in vivo, and there is almost no ethical problem associated with these uses.
본 발명의 일 실시예에서는 골수 유래 MSCs를 사용하였다. 이러한 중간엽 줄기세포는 환자 자신으로부터 채취하거나 혈액은행의 데이터베이스를 이용하여 HLA(human leukocyte antigen) 타입이 일치되는 골수로부터 분리하여 사용함으로써 개체간의 면역거부반응을 최소화시킬 수 있다.
In one embodiment of the present invention, bone marrow-derived MSCs were used. These mesenchymal stem cells can be obtained from the patient himself or using a database of blood banks to separate the human leukocyte antigen (HLA) type from the matched bone marrow, thereby minimizing the immune rejection among individuals.
본 발명에 따른 줄기세포는 당업계에 공지된 방법에 따라 증식 및 배양될 수 있다. The stem cells according to the present invention can be proliferated and cultured according to methods known in the art.
적절한 배지는 동물 세포 및 특히, 포유동물 세포의 배양을 위해 개발되거나, 또는 동물 세포 성장에 필요한 적절한 성분, 예컨대 동화성 탄소, 질소 및/또는 미량 영양소와 함께 실험실 내에서 제조될 수 있는 임의의 이용가능한 배지를 사용할 수 있다. 상기 배지는 동물 세포 성장에 적절한 임의의 기본 배지, 비제한적인 예로서, 이스코브 변형된 둘베코 배지 (Iscove's Modified Dulbecco's Medium, IMDM), 둘베코 변형된 이글 배지 (Dulbecco's modified Eagles medium, DMEM), 알파 MEM (지브코, Gibco), RPMI 1640, 또는 임의의 기타 적절한 시판 배지를 포함한다. 기본 배지에, 탄소, 질소 및 미량 영양소의 동화성 공급원, 비제한적인 예로서, 혈청 공급원, 성장 인자, 아미노산, 항생제, 비타민, 환원제, 및/또는 당 공급원이 첨가될 수 있다.Suitable media are those which have been developed for the cultivation of animal cells and in particular mammalian cells, or for any use which may be produced in the laboratory together with suitable components necessary for animal cell growth, such as assimilable carbon, nitrogen and / or micronutrients Possible media can be used. The medium may be any basic medium suitable for animal cell growth, such as, but not limited to, Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM), Dulbecco's modified Eagles medium (DMEM) Alpha MEM (Gibco, Gibco), RPMI 1640, or any other suitable commercial media. To the base medium may be added an assimilable source of carbon, nitrogen and micronutrients, such as, but not limited to, serum sources, growth factors, amino acids, antibiotics, vitamins, reducing agents, and / or sugar sources.
본 발명의 "IL-8이 처리된 줄기세포"는 상기 배양된 줄기세포에 IL-8을 100~300 ng/ml의 농도로, 바람직하게는 150~250 ng/ml의 농도로 처리하여 제작할 수 있다. 또한 IL-8는 1~3일 동안 처리하는 것이 바람직하다.The "IL-8 treated stem cells" of the present invention can be prepared by treating the cultured stem cells with IL-8 at a concentration of 100 to 300 ng / ml, preferably 150 to 250 ng / ml have. IL-8 is preferably treated for 1 to 3 days.
Interleukin-8 (IL-8)는 CXC 케모카인들 중 하나로써 원래 호중구의 화학주화성 인자로, 다양한 자극원에 반응하여 백혈구뿐만 아니라 혈관내피세포와 섬유아세포에서 분비된다고 알려져 있다. 그리고 IL-8은 혈관내피세포에 존재하는 수용체에 작용하여 혈관내피세포의 이상을 초래하고 혈관염증과 혈관신생을 촉진시킨다고 한다. 또한 최근에는 IL-8이 혈관신생 초기단계에서 혈관내피세포의 투과성인자로 작용한다고 보고되었다(Biffl 등, 1995; Petreaca 등, 2007). Interleukin-8 (IL-8), one of the CXC chemokines, was originally reported to be a chemotaxis factor of neutrophils and secreted not only in leukocytes but also in vascular endothelial cells and fibroblasts in response to various stimulus sources. In addition, IL-8 acts on receptors present in vascular endothelial cells, resulting in abnormalities of vascular endothelial cells and promotes vascular inflammation and angiogenesis. Recently, IL-8 has been reported to act as a permeability factor of vascular endothelial cells in the early stage of angiogenesis (Biffl et al., 1995; Petreaca et al., 2007).
본 발명에서는, IL-8 단백질은 상용 또는 당업계에 공지된 IL-8을 암호화하는 염기서열을 가지는 임의의 핵산을 이용하여 발현시켜 이용할 수 있다. 이 때, 상기 핵산은 IL-8의 기능적 동등물을 암호화하는 염기서열을 가질 수 있다. 상기 '기능적 동등물'이란, 아미노산의 부가, 치환 또는 결실의 결과, IL-8과 적어도 70%, 바람직하게는 80%, 보다 바람직하게는 90% 이상의 서열 상동성을 갖는 것으로서 본 발명의 IL-8과 실질적으로 동질의 생리활성을 나타내는 폴리펩티드를 말한다.
In the present invention, the IL-8 protein can be used by expressing it using any nucleic acid having a nucleotide sequence encoding IL-8 that is commercially available or known in the art. At this time, the nucleic acid may have a nucleotide sequence encoding a functional equivalent of IL-8. The 'functional equivalents' are those having at least 70%, preferably 80%, more preferably 90% or more sequence homology with IL-8 as a result of amino acid addition, substitution or deletion, 8 < / RTI >
<메커니즘><Mechanism>
본 발명자들은 상기 IL-8이 처리된 줄기세포에 의한, 이하의 혈관 내피세포 성장인자 (vascular endothelial growth factor, VEGF) 생성능 향상에 따른 혈관신생 촉진과 관련된 분자적 메커니즘을 규명하였다.The present inventors have identified the molecular mechanisms involved in promoting angiogenesis by enhancing the following vascular endothelial growth factor (VEGF) production capacity by IL-8-treated stem cells.
그러므로, 본 발명은 IL-8이 처리된 줄기세포, 바람직하게는 중간엽줄기세포가 VEGF의 생성을 촉진시키면서 나아가 AKt 및 ERK의 인산화 또한 촉진시킴으로써 혈관신생의 촉진을 유도함을 규명한 메커니즘 및 이의 이용에 관한 것이다.Therefore, the present invention relates to a mechanism that induces the stimulation of angiogenesis by promoting the production of VEGF and further promoting the phosphorylation of AKt and ERK, and a mechanism of using the same to induce angiogenesis in IL-8-treated stem cells, preferably mesenchymal stem cells .
(1) IL-8이 처리된 줄기세포는 VEGF의 생성을 촉진시킨다.(1) IL-8-treated stem cells promote the production of VEGF.
정상적인 뇌의 기능을 유지하기 위해서는 충분한 혈관신생(angiogenesis)에 의한 혈류공급이 필수적이다. 혈관신생(angiogenesis)은 단순한 혈관내피세포의 성장뿐 아니라 내피세포의 기저막 (basement membrane) 침투, 이동 (migration)과 분화 그리고 모세혈관 형성 등 다양하고 복잡한 일련의 과정이 필요하다.In order to maintain normal brain function, sufficient blood supply by angiogenesis is essential. Angiogenesis requires a variety of complex processes such as simple vascular endothelial cell growth as well as endothelial basement membrane penetration, migration and differentiation, and capillary formation.
가장 중요한 혈관신생 촉진인자는 혈관 내피세포 성장인자 (vascular endothelial growth factor, VEGF)로서, 혈관내피세포 표면에 있는 수용체인 KDR/Flk-1에 붙어서 그 역할을 한다. VEGF는 32-44 kDa의 크기로 거의 모든 세포에서 분비되며, 혈관유출인자 (vascular permeablity factor)로서 히스타민(histamine)보다 50,000 이상의 강력한 혈액 유출 효과를 나타낸다(Senger et al., 1983). 이러한 혈액 유출에 대한 특성은 혈액 내의 단백질을 혈관 밖으로 이동시켜 새로운 혈관이 형성되는데 도움을 준다. VEGF의 수용체는 혈관 내피세포에 일반적으로 존재하지만 신경세포, Kaposi's sarcoma, 조혈모세포 등에서 발현되며, VEGFR-1 (flt-1), VEGFR-2 (Kdr/ flk-1), VEGFR-3 (flt-4) 등 3 종류가 보고되었다. VEGF가 결합되면 수용체 tyrosine 잔기의 인산화와 함께 수용체 이중화 (dimerization) 작용으로 신호가 전달된다. VEGFR-1는 내피세포의 이동, VEGFR-2는 내피세포의 성장과 혈액유출 효과를 나타낸다.The most important angiogenesis promoting factor is vascular endothelial growth factor (VEGF), which acts on the receptor on the surface of vascular endothelial cells, KDR / Flk-1. VEGF is a 32-44 kDa secreted in almost all cells and is a vascular permeablity factor with a strong blood-leaking effect of over 50,000 histamine (Senger et al., 1983). This characteristic of blood flow helps the formation of new blood vessels by moving proteins in the blood out of the blood vessels. VEGF receptors are commonly found in vascular endothelial cells, but are expressed in neurons, Kaposi's sarcoma, hematopoietic stem cells, etc. and VEGFR-1 (flt-1), VEGFR-2 (Kdr / flk- 4) were reported. When VEGF is bound, signal transduction is mediated by receptor dimerization along with phosphorylation of the receptor tyrosine residues. VEGFR-1 indicates endothelial cell migration, and VEGFR-2 indicates endothelial cell growth and blood flow efficacy.
특히, 본 발명에서는 뇌졸중에 따른 뇌경색 부위에 VEGF의 생성 증가에 따른 신경생성과 혈관생성 부위가 나타나며, 이는 IL-8를 처리한 줄기세포에 내재된 기전 및 재생능력으로 설명된다. Particularly, in the present invention, neurogenesis and angiogenesis due to the increase of VEGF production appear in the cerebral infarction area due to stroke, which is explained by the mechanism and regeneration ability inherent in IL-8-treated stem cells.
줄기세포의 기능이 충분히 발휘되기 위해서는 줄기세포가 정확한 위치에 도착해야 하며 여러 케모카인(chemokine)들이 뇌경색 주변부로 줄기세포가 모이게 하고 줄기세포의 재생환경 개선작업을 가능하게 한다. 또한 뇌경색으로 인한 국소적 염증이 줄기세포를 끌어들이는 역할을 한다. 특히, 신경생성, 혈관생성이 활발히 일어나는 부위에서 혈관 신생에 필요한 여러 인자들이 관여하고 있다. In order for the stem cells to function properly, the stem cells must arrive at the correct position, and several chemokines can gather the stem cells into the periphery of the cerebral cortex and make it possible to improve the reproduction environment of the stem cells. Also, local inflammation caused by cerebral infarction plays a role in attracting stem cells. In particular, various factors necessary for angiogenesis are involved in areas where neurogenesis and angiogenesis are active.
본 발명의 줄기세포에 대한 IL-8의 처리는 줄기세포의 생존능 및 분화능에는 아무런 부정적인 영향을 끼치지 않는다. 이를 본 발명의 일 실시예에서도 확인하였다. The treatment of IL-8 with stem cells of the present invention has no negative influence on the viability and the ability to differentiate into stem cells. This was also confirmed in one embodiment of the present invention.
즉, 본 발명의 IL-8의 처리는 의해 줄기세포가 가지는 재생환경 개선 능력은 영향을 받지않으면서, VEGF들의 생성증가를 유도한다.
That is, the treatment of IL-8 of the present invention induces an increase in the production of VEGF without being affected by the ability of the stem cells to regenerate the regeneration environment.
(2) IL-8이 처리된 줄기세포는 PI3K/Akt 및 MAPK/ERK 신호 변환 경로를 통해 VEGF 생성을 유도한다. (2) IL-8-treated stem cells induce VEGF production through PI3K / Akt and MAPK / ERK signal transduction pathways.
여러 가지 신호전달물질들이 혈관형성에 관여하는 신호전달은 두 가지의 경로가 잘 알려지고 있다. Two pathways are known for the signal transduction involved in angiogenesis of various signaling materials.
첫째는 phosphoinositol(PI)3-kinase/ Akt를 통하여 HIF-a을 활성화시키는 신호전달 과정이며 (Akagi et al., 1998), 두 번째는 Erk-1/2 혹은 P38 MAPK (mitogen-activated protien kinase)를 활성화함으로 VEGF 유전자 발현을 촉진한다 (Jung et al., 1999; 2001a).The first is the signal transduction pathway that activates HIF-a through phosphoinositol (PI) 3-kinase / Akt (Akagi et al., 1998), second is the activation of Erk-1/2 or P38 MAPK (mitogen-activated protien kinase) (Jung et al., 1999;
본 발명의 "IL-8이 처리된 줄기세포"는 이러한 Akt 및 ERK 인산화(phosphorylation)를 유도함으로써 혈관형성 관여 신호전달을 활성화시키고, 이를 통해 VEGF 생성을 자극(촉진)하고 결과적으로 혈관 신생(angiogenesis)을 효과적으로 유도한다.
The "IL-8 treated stem cells" of the present invention activate such angiogenesis-related signal transduction by inducing such Akt and ERK phosphorylation, thereby stimulating VEGF production and consequently causing angiogenesis ).
그러므로, 본 발명의 IL-8의 처리는 의해 줄기세포 자체가 가지는 재생능력은 영향을 받지 않으면서, Akt 및 ERK 인산화에 따른 PI3K/Akt 및 MAPK/ERK 신호 전달 경로를 활성화시키고, 혈관신생(angiogenesis)에 관여하는 VEGF의 분비증가를 유도하여 줄기세포자체의 혈관신생능(angiogenic potency)을 촉진하는 것이다.
Therefore, the treatment of IL-8 of the present invention activates the PI3K / Akt and MAPK / ERK signaling pathways following Akt and ERK phosphorylation without affecting the regenerating ability of the stem cells themselves, and induces angiogenesis ) Induces an increase in the secretion of VEGF, thereby promoting the angiogenic potency of stem cells themselves.
<치료제><Treatment>
상기 설명한 메커니즘의 발견에 기초하여, 본 발명은 IL-8를 처리한 줄기세포의 유난히 현저한 혈관신생 능력을 이용하는 모든 용도를 포함한다. Based on the discovery of the mechanisms described above, the present invention covers all uses that utilize the exceptionally prominent angiogenic potential of IL-8 treated stem cells.
구체적인 일 용도로서, 본 발명은 L-8를 처리한 줄기세포를 함유하는, 허혈성 질환, 바람직하게는 허혈성 뇌질환, 가장 바람직하게는 뇌졸중에 대한 효과적인 세포 치료제 및 이의 용도를 제공한다. As a specific application, the present invention provides an effective cell therapy agent and its uses for ischemic diseases, preferably ischemic brain diseases, most preferably stroke, containing stem cells treated with L-8.
본 발명의 치료제는 약학적으로 허용되는 부형제, 담체, 희석제를 추가로 포함할 수 있다. "약학적으로 허용되는"이란 생리학적으로 허용되고 사람에게 투여될 때, 통상적으로 위장 장애, 현기증 등과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 조성물을 말한다The therapeutic agent of the present invention may further comprise a pharmaceutically acceptable excipient, carrier and diluent. "Pharmaceutically acceptable" refers to a composition that is physiologically tolerated and, when administered to a human, does not normally cause an allergic reaction such as a gastrointestinal disorder, dizziness, or the like
또한, 본 발명에 따른 치료제는 상술한 바와 같은 약학적으로 허용되는 담체와 함께 당업계에 공지된 방법에 따라 적합한 형태로 제형화 될 수 있다. 그 중에서도 상기 치료제는 조직 또는 장기에 주입하기에 적합한 주사제의 형태로 제형화하는 것이 바람직하며, 등장성 멸균 용액, 또는 경우에 따라 멸균수나 생리식염수를 첨가하여 주사 가능한 용액이 될 수 있는 건조 제제(특히 동결 건조제제)로 제형화할 수도 있다In addition, the therapeutic agent according to the present invention can be formulated into a suitable form according to a method known in the art together with a pharmaceutically acceptable carrier as described above. In particular, the therapeutic agent is preferably formulated in the form of an injection suitable for injecting into tissues or organs, and may be formulated into an isotonic sterile solution or a dry preparation which may be an injectable solution by adding sterilized water or physiological saline In particular freeze-dried preparations)
본 발명의 치료제에 함유될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토오즈(lactose), 덱스트로즈, 수크로스(sucrose), 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다. Examples of carriers, excipients and diluents that can be contained in the therapeutic agent of the present invention include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, acacia rubber, alginate, gelatin , Calcium phosphate, calcium silicate, cellulose, methylcellulose, microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, water, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil.
본 발명의 치료제 사용량은 환자의 나이, 성별, 체중에 따라 달라질 수 있으며, 무엇보다도, 치료대상 개체의 상태, 치료 대상 암의 특정한 카테고리 또는 종류, 투여 경로, 사용되는 치료제의 속성, 및 상기 특정한 치료제에 대한 뇌졸중 감수성에 의존적일 것이다The amount of the therapeutic agent to be used according to the present invention may vary depending on the age, sex and body weight of the patient, and may vary depending on the condition of the subject to be treated, the specific category or type of cancer to be treated, Dependent stroke susceptibility
본 발명의 치료제는 원하는 조직 부위로 직접 이식하거나 이동하는 방식으로 투여되어, 기능적으로 결핍된 부위를 재구성하거나 재생한다. 바람직하게는 허혈성 뇌질환, 예를 들어 뇌졸중 치료를 위한 약학적 조성물로 사용될 수 있다.The therapeutic agents of the present invention are administered in a manner such that they are transplanted or transferred directly to the desired tissue site to reconstitute or regenerate the functionally deficient site. Preferably as a pharmaceutical composition for the treatment of ischemic brain diseases such as stroke.
공지의 방법에 따라 환자의 생체 내로 주입될 수 있는데, 예를 들어 뵈클룬트와 스테네비(Bjorklund and Stenevi, Brain Res. 177, 555-560(1979)) 또는 린드발 등(Lindvall et al., Arch. Neurol. 46, 615-31(1989))이 발표한 임상 방법을 이용할 수 있다. For example, Bjorklund and Stenevi, Brain Res. 177, 555-560 (1979) or Lindvall et al., Arch Neurol., 46, 615-31 (1989)).
1회 투여량은 치료하고자 하는 질환, 질환의 중증도, 투여경로, 환자의 체중, 연령 및 성별 등의 여러 관련 인자를 고려하여 증감이 가능하다.The dosage can be increased or decreased in consideration of various related factors such as the disease to be treated, the severity of the disease, route of administration, body weight of the patient, age and sex.
본 발명의 치료제는 활성 성분인 중간엽 줄기세포를 특히 환자 자신의 골수에서 채취하는 경우에는 이식 후 면역거부반응이 전혀 없으며, 혈액은행의 HLA 타입이 일치되는 골수로부터 얻는 경우에도 면역거부반응이 거의 없으므로, 치료가 완료될 때까지 지속적인 투여가 가능하다. 또한, 중간엽줄기세포는 발암유전자를 사용하지 않아도 대량배양이 가능하며, 환자이식에 필요한 충분한 양으로 얻을 수 있는 장점이 있다. The therapeutic agent of the present invention has no immune rejection reaction after transplantation when the active ingredient mesenchymal stem cells are harvested from the patient's own bone marrow, and even when obtained from the bone marrow in which the HLA type of the blood bank is matched, Because of this, it is possible to continue administration until the treatment is completed. In addition, mesenchymal stem cells can be mass cultured without the use of oncogenes and have an advantage that they can be obtained in a sufficient amount for patient transplantation.
이 밖에도, 본 발명은 IL-8를 처리한 줄기세포의 유난히 현저한 혈관신생 능력을 이용하는 다른 용도를 제공할 수 있다.
In addition, the present invention may provide other uses that exploit the exceptionally prominent angiogenic potential of IL-8 treated stem cells.
이처럼, 본 발명에 따른 IL-8를 처리한 줄기세포, 바람직하게는 IL-8를 처리한 중간엽 줄기세포를 이용하여 VEGF의 생성을 촉진시키고, AKt 및 ERK를 인산화시키는 기작을 통해 혈관신생을 유도하여 허혈성 질환의 치료의 용도로 다양하게 활용할 수 있을 것이다.
As described above, the present invention provides a method for stimulating VEGF production using stem cells treated with IL-8, preferably IL-8-mediated mesenchymal stem cells, and inducing angiogenesis through the mechanism of phosphorylating AKt and ERK And may be used variously for the treatment of ischemic diseases.
<실시예><Examples>
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.
재료 및 방법Materials and methods
1. 세포 배양 및 시약1. Cell culture and reagents
hBM-MSCs를 Lonza (Walkersville, IN, USA)로부터 구입하고 세포들을 녹여 배양하였다. 마우스 뇌 내피세포(Mouse brain endothelial cells, MBECs)를 ATCC (Manassas, VA, USA)로부터 구입하여 내피세포 성장 배지에서 배양하였다. 모든 세포들을 5% CO2 함유 습한 대기에서 37℃ 하 배양하였다.hBM-MSCs were purchased from Lonza (Walkersville, IN, USA) and cells were melted and cultured. Mouse brain endothelial cells (MBECs) were purchased from ATCC (Manassas, VA, USA) and cultured in endothelial growth medium. All cells were incubated at 37 ° C in a humidified atmosphere containing 5% CO 2 .
재조합 인간 IL-8을 Sigma (St. Louis, MO, USA)로부터, Neutralizing VEGF 항체는 Abcam (Cambridge, MA, USA)로부터 구입하였다. 성장인자 감소된 기저막 매트릭스(Growth Factor Reduced Basement Membrane Matrix)는 BD Biosciences (San Jose, CA, USA)로부터 구입하고, PI3K 저해제 LY294002, MAPK/ERK 저해제 PD098059 및 JNK(c-jun N-terminal kinase) 저해제 SP600125는 Cell Signaling Technology (Beverly, MA, USA)에서, p38/MAPK 저해제 SB203580는 Calbiochem (La Jolla, CA, USA)에서 구입하였다
Recombinant human IL-8 was purchased from Sigma (St. Louis, MO, USA) and Neutralizing VEGF antibody was purchased from Abcam (Cambridge, MA, USA). Growth Factor Reduced Basement Membrane Matrix was purchased from BD Biosciences (San Jose, Calif., USA), and the PI3K inhibitor LY294002, the MAPK / ERK inhibitor PD098059 and the JNK (c-jun N-terminal kinase) SP600125 was purchased from Cell Signaling Technology (Beverly, MA, USA) and p38 / MAPK inhibitor SB203580 was purchased from Calbiochem (La Jolla, CA, USA)
2. 생존율 및 특성2. Survival rate and characteristics
hBM-MSCs를 24-웰 플레이트(8 × 103/well)에 씨딩하고, 용량 및 시간 의존적으로 IL-8 hBMMSC-특이적 세포독성을 MTT분석(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium)(Sigma)에 의해 테스트하였다.hBM-MSCs were seeded in 24-well plates (8 x 10 3 / well) and IL-8 hBMMSC-specific cytotoxicity was measured by MTT assay (3- (4,5-dimethylthiazol- ) -2,5-diphenyltetrazolium) (Sigma).
hBM-MSCs의 지방 또는 골 형성 계통으로의 분화가 IL-8 존재 또는 부존재에 따라 유도되는 것은 이미 보고되어 있다(Pittenger et al, 1999). IL-8 (200 ng/ml) 존재 또는 부존재하는 유도 배지에서 배양하여 3-4 주 후, 분화된 세포들을 10% 포름 알데하이드로 고정시켰다. 0.3% Oil Red O 염색법을 이용하여 10분 동안 세포에서 리피드 액적을 염색함으로써 지방세포들을 검출하였다. 20분 동안 0.2% Alizarin Red S 염색법을 이용하여 칼슘 포스페이트 침착(deposit)에 의해 골세포들을 검출하였다.
It has been previously reported that the differentiation of hBM-MSCs into the fat or osteogenic lineage is induced by the presence or absence of IL-8 (Pittenger et al, 1999). After 3-4 weeks incubation in the absence or presence of IL-8 (200 ng / ml), the differentiated cells were fixed with 10% formaldehyde. Fat cells were detected by staining lipid droplets in cells for 10 minutes using 0.3% Oil Red O staining method. Bone cells were detected by calcium phosphate deposition using 0.2% Alizarin Red S staining for 20 minutes.
3. 3. ELISAELISA 분석( analysis( EnzymeEnzyme -- linkedlinked immunosorbentimmunosorbent assayassay ))
R&D Systems (Madison, WI, USA)의 상용 키트를 이용하여 VEGF 생성을 ELISA에 의해 확인하고, 3회 세척 후 컨쥬게이트된 항체를 플레이트에 첨가하여 상온에서 2시간 동안 배양하였다. 이어서, 기질 용액의 첨가 및 상온에서 30분 배양을 수행하였다. 스탑 솔루션으로 상기 반응을 최종적으로 정지시키고, 각 웰의 흡광도를 450nm에서 마이크로플레이트 리더기(Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)로 측정하였다.
VEGF production was confirmed by ELISA using a commercial kit from R & D Systems (Madison, WI, USA), and the conjugated antibody was added to the plate after 3 washes and incubated at room temperature for 2 hours. Subsequently, addition of the substrate solution and incubation at room temperature for 30 minutes were carried out. The reaction was finally stopped with a stop solution and the absorbance of each well was measured at 450 nm with a microplate reader (Molecular Devices, Sunnyvale, Calif., USA).
4. 저해제 실험4. Inhibitor Experiment
컨플루언스 70%에 도달한 후, hBM-MSCs를 24-웰 플레이트에 씨딩하고(2 × 104 cells/well), 세포들을 다음의 시약들로 48시간 동안 처리하였다: (a) 대조군으로 hBM-MSCs 성장 배지; (b) 촉진제 IL-8 단독; (c) 촉진제 + 저해제: PD098059 (50 μM); LY294002 (10 μM); SB203580 (20 μM); SP600125 (10 μM); (d) 저해제 단독. 저해제의 용량은 공지 문헌의 데이터를 참고하였다(Wang et al., 2008; Herrmann et al., 2011). 처리 48시간 후 상청액을 회수하였다
After reaching confluence 70%, hBM-MSCs were seeded into 24-well plates (2 x 10 4 cells / well) and cells were treated with the following reagents for 48 h: (a) -MSCs growth medium; (b) promoter IL-8 alone; (c) Accelerator + Inhibitor: PD098059 (50 [mu] M); LY294002 (10 [mu] M); SB203580 (20 [mu] M); SP600125 (10 [mu] M); (d) Inhibitor alone. The capacity of the inhibitor is based on data from known literature (Wang et al., 2008; Herrmann et al., 2011). After 48 hours of treatment, the supernatant was recovered
5. 5. RNARNA 간섭 실험 Interference experiment
인간 ERK, p38, Akt, JNK에 대한 siRNA 및 대조군 siRNA를 Cell Signaling Technology로부터 구입하였다. hBM-MSCs를 70% 컨플루언스까지 배양하고 Lipofectamine 2000 (Invitrogen, Grand Island, NY, USA)을 이용하여 siRNA duplex로 트랜스펙션(형질감염)시켰다. 트랜스펙션 18시간 후, 상기 세포들에 IL-8를 48시간 동안 처리하고, 상청액 및 세포들을 수거하여 VEGF 농도 및 트랜스펙션 효율을 각각 확인하였다.
SiRNA for human ERK, p38, Akt, JNK and control siRNA were purchased from Cell Signaling Technology. hBM-MSCs were cultured to 70% confluence and transfected with siRNA duplex using Lipofectamine 2000 (Invitrogen, Grand Island, NY, USA). After 18 hours of transfection, the cells were treated with IL-8 for 48 hours, and the supernatant and cells were harvested to confirm the VEGF concentration and transfection efficiency, respectively.
6. 6. 웨스턴Western 블럿Blot 분석 analysis
세포 단백질을 10% 소듐 도데실 설페이트 폴리아크릴아미드 겔 전기영동에(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis, SDS?PAGE)에 의해 분해하고, β-actin (Sigma), VEGF, ERK, phospho-ERK, Akt, 및 phospho-Akt (Cell Signaling)에 대한 각각의 일차 항체와 함께 배양한 니트로셀룰로오스 멤브레인으로 옮겼다. 상기 멤브레인들을 계속해서 HRP(horseradish peroxidase)-컨쥬게이트된 이차 항체들(Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, USA)과 함께 배양하고, Amersham ECL detection reagents (GE Healthcare Life Sciences, Pittsburgh, PA, USA)을 이용하여 밴드들을 검출하였다..
Cell protein was degraded by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) on 10% sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis and β-actin (Sigma), VEGF, ERK, phospho-ERK, Akt, And phospho-Akt (Cell Signaling) with the respective primary antibodies. The membranes were then incubated with horseradish peroxidase (HRP) -conjugated secondary antibodies (Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, USA) and Amersham ECL detection reagents (GE Healthcare Life Sciences, Pittsburgh, Pa. To detect bands.
7. 매트릭스 겔 상 혈관형성 분석(7. Matrix gel-phase angiogenesis assay AngiogenesisAngiogenesis assayassay ))
겔을 96-웰 플레이트에서 37℃ 하 30분 동안 폴리머화시켰다. MBECs를 2 × 104/well로 씨딩하고 다음과 같은 상이한 배지에서 성장시켰다: (a) 내피 세포 기저 배지(endothelial cell basal medium); (b) hBMMSCs 성장 배지; (c) hBM-MSCs 상청액; (d) IL-8-처리된 hBM-MSCs 상청액; 및 (e) IL-8-처리된 hBM-MSCs 상청액 + VEGF neutralizing 항체. The gel was polymerized in a 96-well plate at 37 DEG C for 30 minutes. MBECs were seeded at 2 x 10 4 / well and grown in different media as follows: (a) endothelial cell basal medium; (b) hBMMSCs growth medium; (c) hBM-MSCs supernatant; (d) IL-8-treated hBM-MSCs supernatant; And (e) IL-8-treated hBM-MSCs supernatant + VEGF neutralizing antibody.
18 시간 후, 광학 현미경으로 튜브 형성이 관찰되었고, 분석을 위해 각 샘플의 상이한 영역으로부터, 컴퓨터 시스템으로 ×100 대물 렌즈 하 4개의 사진을 캡쳐하였다. 모든 이미지들을 MetaMorph software version 7.5 (Molecular Devices)을 이용하여 컴퓨터 상에서 확인하였다.
After 18 hours, tube formation was observed under an optical microscope and four pictures were captured from different regions of each sample for analysis by a computer system under a × 100 objective. All images were verified on a computer using MetaMorph software version 7.5 (Molecular Devices).
8. 허혈성 동물 모델 및 8. Ischemic animal models and 실험군Experimental group
모든 동물 프로토콜들은 가톨릭 의과 대학 실험 동물 운영위원회의 승인을 받았다. 일시적 MCAO(middle cerebral artery occlusion, 중간대뇌동맥)를 공지문헌(Longa et al., 1989)의 다소의 변경에 의해 유도하였다. 간단히 말하면, 오른쪽 CCA(common carotid artery, 총경동맥), ECA(external carotid artery, 외부 경동맥), 및 ICA(internal carotid artery, 내부 경동맥)를 복부 정중선 절개를 통해 노출시키고, 라운드 팁(rounded tip)을 구비한 4-0 나일론 단일 필라멘트 봉합선을 CCA 루멘에 도입하고 MCA(middle cerebral artery)의 갈라짐(bifurcating origin)이 블로킹될때까지 부드럽게 ICA로 나아갔다. 발병 2시간 후 상기 팁들을 제거하였다. All animal protocols have been approved by the Catholic Medical Laboratory Experimental Animal Care Committee. Transient MCAO (middle cerebral artery occlusion) was induced by a slight modification of the known literature (Longa et al., 1989). Briefly, the right common carotid artery (CCA), the external carotid artery (ECA), and the internal carotid artery (ICA) are exposed through the abdominal midline incision and a rounded tip The 4-0 nylon monofilament suture was introduced into the CCA lumen and gently moved to the ICA until the bifurcating origin of the MCA (middle cerebral artery) was blocked. The tips were removed after 2 hours of onset.
수술 후 24시간 후, 18 랫트들을 임의로 3그룹으로 나누었다: PBS (20 μl, LP(lumbar puncture)에 의한 척추관(intrathecal) 주사, n = 6), hBM-MSCs (각 랫트 당 20 μl PBS 중 1.0 × 106 cells, LP에 의한 척추관 주사 n = 6), IL-8-처리된 hBM-MSCs (각 랫트 당 20 ul PBS 중 1.0 × 106 cells, LP에 의한 척추관 주사, n = 6). BrdU(Bromodeoxyuridine) (Sigma)를 세포 이식 후 연이어서 복강 내 투여하였다.
Twenty-four hours after surgery, 18 rats were randomly divided into three groups: PBS (20 μl, intrathecal injection with LP (lumbar puncture), n = 6), hBM-
9. 경색 볼륨의 염색 및 정량 분석9. Dyeing and quantitative analysis of infarct volume
세포 투여 후 14일째 랫트들을 희생시키고, 신선한 뇌를 제거하고 설치류 뇌 매트릭스(rodent brain matrix)를 이용하여 4개의 같은 크기의(2mm) 코로나 블록으로 구획화하였다. 각 절편들을 2% 2,3,5-트리페닐테트라졸리움(triphenylterazolium, TTC)으로 30분 동안 37℃에서 염색하였다. 염색되지 않은 부분은 경색 부위(infarcted area)로 간주하였다(Bederson et al., 1986). 각 슬라이스에 대한 총 경색 볼륨을, MetaMorph 소프트웨어, 버전 7.5(Molecular Devices)를 이용하여 모든 뇌 슬라이스의 경색 부위 합에 의해 계산하였다.
14 days after cell administration, the rats were sacrificed, fresh brain was removed and sectioned into four equal sized (2 mm) corona blocks using a rodent brain matrix. Each section was stained with 2% 2,3,5-triphenylterazolium (TTC) for 30 minutes at 37 ° C. Unstained areas were considered as infarcted areas (Bederson et al., 1986). The total infarct volume for each slice was calculated by the infarct sum of all brain slices using MetaMorph software, version 7.5 (Molecular Devices).
10. 이중-표지 면역형광분석(10. Double-labeled immunofluorescence analysis ( DoubleDouble -- LabelingLabeling immunofluorescenceimmunofluorescence ))
세포 이식 14일 후, 상기 3그룹으로부터의 냉동 뇌 절편들을 수집하여 다음과 같은 항체와 함께 4℃에서 밤새 배양하였다: 단클론 마우스 항-BrdU (Dako, Glostrup, Denmark), 다클론 래빗 항-CD31 (Chemicon International Temecula, CA, USA). 일차 항체는 항-마우스 Cy3-컨쥬게이트된 항-마우스 항체(Jackson ImmunoResearch, West Grove, PA, USA), Alexa 488-컨쥬게이트된 항-래빗 항체(Invitrogen)로 가시화하였다.After 14 days of cell transplantation, frozen brain slices from the 3 groups were collected and incubated overnight at 4 ° C with the following antibodies: monoclonal mouse anti-BrdU (Dako, Glostrup, Denmark), polyclon rabbit anti-CD31 Chemicon International, Temecula, CA, USA). Primary antibodies were visualized with anti-mouse Cy3-conjugated anti-mouse antibody (Jackson ImmunoResearch, West Grove, Pa., USA), Alexa 488-conjugated anti-rabbit antibody (Invitrogen).
면역반응성의 특이성은 일차 또는 이차 항체들을 생략한 절편에서 면역조직화학 반응의 부재에 의해 확인하였다. 모든 절편에서, 4-6-디아미디노-2-페닐인돌(DAPI; Roche, Penzberg, Germany)로 10분 동안 절편을 배양함으로써 세포 핵의 대조염색을 실시하였다. 모든 이미지들을 LSM 700 공초점 현미경(Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)을 이용하여 수득하였다. .
The specificity of the immunoreactivity was confirmed by the absence of immunohistochemistry in the sections omitting the primary or secondary antibodies. In all sections, control sections of cell nuclei were stained by incubating sections with 4-6-diamidino-2-phenylindole (DAPI; Roche, Penzberg, Germany) for 10 minutes. All images were obtained using an LSM 700 confocal microscope (Carl Zeiss, Oberkochen, Germany). .
11. 통계학적 분석11. Statistical analysis
값들은 평균(mean)±SE로 나타냈다. 저해재 및 siRNA 실험에서 VEGF 생성에 대한 통계학적 분석은 Tukeys post hoc test에 따른 by two-way ANOVA로 수행하였다. 형질도입 경로의 인산화 및 튜브 형성은, 대조군 및 다양한 처리 실험군에 대해 Bonferroni post hoc test에 따른 one-way ANOVA에 의해 비교하였다. 전체 튜브 길이는 사진의 대물 확대 비율 하 단일 엣지의 합으로 표시하였다. in vivo 데이터는, 각 그룹간의 모든 통계학적 비교를, post-hoc Bonferroni corrections로 one-way ANOVA를 이용하여 수행하였다. p < 0.05인 경우 통계학적으로 유의미한 것으로 간주한다.
Values were expressed as mean ± SE. Statistical analysis of VEGF production in inhibitor and siRNA experiments was performed by two-way ANOVA according to the Tukeys post hoc test. Phosphorylation and tube formation of the transduction pathway were compared by the one-way ANOVA according to the Bonferroni post hoc test for the control and various treatment groups. The total tube length was expressed as the sum of the single edges under the object magnification ratio of the photograph. In vivo data, all statistical comparisons between groups were performed using one-way ANOVA with post-hoc Bonferroni corrections. p <0.05 is considered statistically significant.
실시예Example 1: One: hBMhBM -- MSCsMSCs 에서 in ILIL -8의 -8 VEGFVEGF 생성 자극 확인 Identify generation stimuli
IL-8 (0-200 ng/ml) 처리된 hBM-MSCs에서 VEGF 발현 및 생성을 웨스턴 블럿 및 ELISA로 각각 검출하였다. VEGF expression and production in IL-8 (0-200 ng / ml) treated hBM-MSCs were detected by Western blot and ELISA, respectively.
IL-8 용량 의존적으로 VEGF 발현을 증가시켰다. VEGF 생성은 낮은 농도의 IL-8 (25 or 50 ng/ml)로 자극하였을 때 경미하게 증가하였고, 고농도(100 ng/ml)에 노출시킨 세포에서 현저하게 증가되었다. 그리고 200 ng/ml (p < 0.05, 도 1 A)로 자극되었을 때 가장 크게 증가하였다. IL-8 또한 hBM-MSCs에서 시간 의존적 방법(p < 0.05, 도 1 B)으로 VEGF 발현 및 생성을 증가시켰다.IL-8 dose-dependently increased VEGF expression. VEGF production was slightly increased when stimulated with low concentrations of IL-8 (25 or 50 ng / ml) and significantly increased in cells exposed to high concentrations (100 ng / ml). And when stimulated with 200 ng / ml (p <0.05, Fig. 1A). IL-8 also increased VEGF expression and production in a time-dependent manner (p < 0.05, Fig. 1B) in hBM-MSCs.
IL-8는 세포가 200 ng/ml 용량으로 72시간에 노출될 때까지 hBM-MSC 생존력에 영향을 끼치지 않았다(도 2 A). 이러한 결과를 바탕으로, 본 발명자들은 200 ng/ml의 IL-8 농도 및 이어지는 실험동안 48시간의 처리시간을 선별하였다. 이렇게 선별된 IL-8 농도는 hBM-MSCs가 지방 또는 골 형성 계통으로 분화하는 능력에 영향을 주지 않았다(도 2 B).
IL-8 did not affect hBM-MSC viability until cells were exposed to 200 ng / ml capacity at 72 h (Fig. 2A). Based on these results, we selected an IL-8 concentration of 200 ng / ml and a treatment time of 48 hours for subsequent experiments. This selective IL-8 concentration did not affect the ability of hBM-MSCs to differentiate into fat or osteogenic lineage (Fig. 2B).
실시예Example 2: 2: hBMhBM -- MSCsMSCs 에서 in ILIL -8-유도된 -8-Induced VEGFVEGF 생성에 관여하는 Involved in the creation of PI3KPI3K // AktAkt 및 And MAPKMAPK // ERKERK 신호 경로 Signal path
hBM-MSCs에서 IL-8-유도된 VEGF 생성 메커니즘을 알아보기 위하여, 본 발명자들은 여러 가지 신호 경로의 블로킹을 포함하는 실험을 수행하였다.To investigate IL-8-induced VEGF production mechanisms in hBM-MSCs, we performed experiments involving blocking of various signal pathways.
IL-8-유도된 VEGF 생성은 PI3K (LY294002), ERK (PD098059), p38 (SB203580), 및 JNK (SP600125)의 저해에 의해 약화되었다. 대조적으로, ERK, p38, 및 JNK의 저해는 기저 VEGF 생성을 현저하게 억제하였다(p < 0.01, 도 3 A). Tukeys post hoc test에 의한 Two-way ANOVA는 PI3K 및 ERK 억제가 IL-8-유도된 VEGF 생성을 현저히 약화시킴을 보여주었다(p < 0.01), 반면, p38 및 JNK 억제는 hBM-MSCs에서 IL-8-유도된 VEGF 생성을 감소시키지 않았다. IL-8-induced VEGF production was attenuated by inhibition of PI3K (LY294002), ERK (PD098059), p38 (SB203580), and JNK (SP600125). In contrast, inhibition of ERK, p38, and JNK significantly inhibited basal VEGF production (p < 0.01, Figure 3A). Two-way ANOVA by Tukeys post hoc test showed that PI3K and ERK inhibition markedly attenuated IL-8-induced VEGF production (p <0.01), whereas p38 and JNK inhibition inhibited IL- Did not reduce 8-induced VEGF production.
이러한 데이터들은 PI3K 및 ERK 신호 변환 경로가 hBM-MSCs에서 IL-8-유도된 VEGF 생성에 관여하는 것; 및 PI3K, ERK, 및 P38 신호 변환 경로가 hBM-MSCs에서 자가분비(autocrine) 생성에 관여함을 시사한다.
These data suggest that PI3K and ERK signal transduction pathways are involved in IL-8-induced VEGF production in hBM-MSCs; And PI3K, ERK, and P38 signaling pathways are involved in autocrine generation in hBM-MSCs.
hBM-MSCs에서 VEGF 생성 상 IL-8의 효과에 관여하는 신호 변환 경로를 확인하기 위해, 본 발명자들은 추가로 hBM-MSCs를 Akt, ERK, p38, 및 JNK에 대한 siRNA로 형질감염시켰다. In order to identify signal transduction pathways involved in the effect of IL-8 on VEGF production in hBM-MSCs, we further transfected hBM-MSCs with siRNA for Akt, ERK, p38, and JNK.
그 결과, 상기siRNA는 Akt, ERK, p38, 및 JNK 단백질을 하향조절하였고(도 3 B), 저해제와 같은 유사한 VEGF 생성 패턴을 보였다(도 3 C).As a result, the siRNA downregulated Akt, ERK, p38, and JNK proteins (Fig. 3B) and showed similar VEGF production patterns such as inhibitors (Fig. 3C).
이러한 결과들은 hBM-MSCs에서 IL-8 이 PI3K/Akt 및 MAPK/ERK 신호 변환 경로를 통해 VEGF 생성을 유도함을 시사한다.
These results suggest that IL-8 induces VEGF production through the PI3K / Akt and MAPK / ERK signal transduction pathways in hBM-MSCs.
실시예Example 3: 3: hBMhBM -- MSCsMSCs 에서 in ILIL -8의 -8 AktAkt 및 And ERKERK 인산화( Phosphorylation phosphorylationphosphorylation ) ) 유도능Induction ability 확인 Confirm
PI3K/Akt 및 MAPK/ERK 신호 활성에서 IL-8의 영향을 확인하기 위해, PI3K 및 ERK 저해제 존재 또는 부존재 처리 후 hBM-MSCs에 2시간 동안 IL-8를 처리하였다.IL-8 was treated with hBM-MSCs for 2 hours after PI3K and ERK inhibitors were present or absent, to confirm the effect of IL-8 on PI3K / Akt and MAPK / ERK signaling activity.
그 결과, 도 4에 나타낸 것처럼, IL-8 자극은 Akt 및 ERK 인산화를 증가시켰다. PI3K 저해제(LY294002) 또는 ERK 저해제(PD098059)의 처리는 이러한 인산화를 방지한다(p < 0.05, 도 4). As a result, IL-8 stimulation increased Akt and ERK phosphorylation, as shown in Fig. Treatment of the PI3K inhibitor (LY294002) or the ERK inhibitor (PD098059) prevents this phosphorylation (p < 0.05, Figure 4).
이러한 결과들은 IL-8이 PI3K/Akt 및 MAPK/ERK 신호 변환 경로를 활성화시켜 hBM-MSCs에서의 VEGF 생성을 자극(촉진)함을 추가로 증명해준다.
These results further demonstrate that IL-8 activates the PI3K / Akt and MAPK / ERK signal transduction pathways to stimulate VEGF production in hBM-MSCs.
실시예Example 4: 4: 매트리겔Matrigel (( MatrigelMatrigel ) 상 ) Prize ILIL -8-유도된 -8-Induced VEGFVEGF 의 of MBECsMBECs 의 of 혈관형성능Vascularity 증가 확인 Confirm increase
매트리겔 상 내피세포에 의한 모세혈관-유사 튜브의 형성은 혈관생성을 촉진 또는 저해하는 다양한 인자들을 스크리닝하는데 중요한 방법이다 (Ponce, 2009; Muramatsu et al., 2013). 이에, 이러한 방법을 본 발명자들도 튜브 형성 분석을 수행하여 hBM-MSCs에서 VEGF의 측분비 생성 상의 IL-8 영향을 가시화하였다. The formation of capillary-like tubes by matrigel endothelial cells is an important method for screening a variety of factors that promote or inhibit angiogenesis (Ponce, 2009; Muramatsu et al., 2013). Thus, the inventors of the present invention also performed tube formation analysis to visualize IL-8 effects on the secretion production of VEGF in hBM-MSCs.
그 결과, 매트리겔 상 배양된 MBECs는 혈청이 없는 기저 배지에서 튜브를 형성하지 않았다(데이터 도시 않음). As a result, the MBECs cultured on the matrigel did not form tubes in the serum-free basal medium (data not shown).
그러나, 대조적으로, MBECs는 hBM-MSC 성장 배지에서 튜브를 형성하였다(도 5 A, a). 상기 튜브는 성장 배지와 비교하여 hBM-MSC 상청액에서 현저히 더 길게 나타났다(p <0.05, 도 5 A의 b 및 도 5 B). 또한, 튜브 길이는 hBM-MSC 상청액과 비교하여 IL-8-처리된 hBM-MSC 상청액에서 현저히 증가하였다 (p < 0.05, 도 5 A의 c 및 도 5 B). 그리고, IL-8의 이러한 유도 효과는 VEGF-neutralizing 항체에 따라 크게 감소하였다 (p < 0.05, 도 5 A의 d 및 도 5 B). However, by contrast, MBECs formed tubes in hBM-MSC growth medium (Fig. 5A, a). The tubes were significantly longer in hBM-MSC supernatants as compared to growth medium (p < 0.05, FIG. 5A, b and FIG. 5B). In addition, the tube length was significantly increased in IL-8-treated hBM-MSC supernatants as compared to hBM-MSC supernatant (p < 0.05, Fig. And, this induction effect of IL-8 was greatly reduced by VEGF-neutralizing antibody (p <0.05, FIGS. 5A and 5B).
이러한 결과는 IL-8-처리된 hBM-MSCs가 손상된 조직에서 혈관형성을 증가시키고 기능적 회복을 촉진시킴을 시사한다. 또한. IL-8-유도된 혈관형성에 PI3K/Akt 및 MAPK/ERK 신호 변환 경로가 관여함을 보여준다 (도 6).
These results suggest that IL-8-treated hBM-MSCs increase angiogenesis and promote functional recovery in damaged tissues. Also. PI3K / Akt and MAPK / ERK signaling pathways are involved in IL-8-induced angiogenesis (Figure 6).
실시예Example 5: 5: ILIL -8-처리된 -8-treated hBMhBM -- MSCsMSCs 의 투여에 따른 By administration of 뇌졸증Stroke 후 경색 부위 감소 Reduction of post-infarction area
MCAO 랫트에서 병변 크기 상의 IL-8-처리된 hBM-MSCs의 영향을 알아보기 위하여, 허혈 병변의 크기를 TTC 염색에 의해 측정하여 도 7 A에 도시하였다. To examine the effect of IL-8-treated hBM-MSCs on lesion size in MCAO rats, the size of the ischemic lesion was measured by TTC staining and shown in Figure 7A.
도 7에 나타난 바처럼, hBM-MSC 처리는 PBS 처리군과 비교하여 경색 볼륨을 현저히 감소시켰다(p < 0.05). 또한, IL-8-처리된 hBM-MSCs의 투여는 hBM-MSC 처리군과 비교하여 상당히 경색 볼륨을 감소시켰다(p < 0.05, 도 7 B). As shown in Figure 7, hBM-MSC treatment significantly reduced the infarct volume compared to the PBS treated group (p < 0.05). In addition, administration of IL-8-treated hBM-MSCs significantly reduced the infarct volume compared to the hBM-MSC treated group (p < 0.05, Figure 7B).
한편, LP에 의한 MSCs의 척추강 내 이식(intrathecal transplantation)은 뇌손상의 치료를 위한 유용하고 실현가능한 형태이므로(Lim et al., 2011), 본 발명자들도 PKH26-표지된 IL-8-처리 hBMMSCs를 허혈성 뇌에 이식한 결과를 도 8에 도시하였다. 이를 통해서도 마찬가지로, IL-8-처리 hBMMSCs를 허혈성 뇌에 이식하면 경색 볼륨을 감소시키는 치료효과가 있음을 확인하였다.
On the other hand, since intrathecal transplantation of MSCs by LP is a useful and feasible form for the treatment of brain injury (Lim et al., 2011), we also found that PKH26-labeled IL-8- The results of transplanting hBMMSCs into the ischemic brain are shown in Fig. Likewise, it was confirmed that transplantation of IL-8-treated hBMMSCs into the ischemic brain reduced the infarct volume.
실시예Example 6 : 6: ILIL -8-처리 -8- Treatment hBMhBM -- MSCsMSCs 의 of 뇌졸증Stroke 후 혈관형성 Posterior vessel formation 증가능Possible 확인 Confirm
뇌졸중 후 혈관형성에서 IL-8-처리 hBM-MSCs의 영향을 알아보기 위하여, 내피세포 마커 BrdU 및 CD31로 냉동 뇌조직을 이중 라벨링하고, 내피 세포 증식을 검출하였다. To examine the effect of IL-8-treated hBM-MSCs on post-stroke angiogenesis, frozen brain tissue was double-labeled with endothelial markers BrdU and CD31 and endothelial cell proliferation was detected.
그 결과, 허혈 영역에서 이중-라벨링된 세포 수는 hBM-MSCs 단독 처리군 및 PBS-처리군과 비교하여, IL-8-처리 hBM-MSCs로 처리한 그룹에서 현저히 높게 나타났다(p <0.05, 도 9 B 및 C). As a result, the number of double-labeled cells in the ischemic area was significantly higher in the group treated with IL-8-treated hBM-MSCs than in the hBM-MSCs alone group and the PBS-treated group (p <0.05, 9 B and C).
이러한 결과들은 IL-8-처리 hBM-MSCs이 손상 조직에서 혈관형성을 증가시킬 수 있음을 시사한다. These results suggest that IL-8-treated hBM-MSCs may increase angiogenesis in damaged tissue.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
Claims (7)
상기 IL-8의 처리는 줄기세포의 생존능 및 분화능에는 영향을 끼치지 않으면서 VEGF의 생성 및 AKt와 ERK를 인산화를 촉진시킴으로써 혈관 신생을 유도하는 것을 특징으로 하는 허혈성 뇌질환 치료 및 예방용 세포 치료제.The method according to claim 1,
Wherein the treatment of IL-8 induces angiogenesis by promoting the production of VEGF and phosphorylation of AKt and ERK without affecting the survival and differentiation ability of stem cells. .
상기 IL-8은 150~250 ng/ml 농도로 줄기세포에 처리되는 것을 특징으로 하는 허혈성 뇌질환 치료 및 예방용 세포 치료제.The method according to claim 1,
Wherein said IL-8 is treated to a stem cell at a concentration of 150 to 250 ng / ml.
상기 IL-8은 1~3일 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 허혈성 뇌질환 치료 및 예방용 세포 치료제.The method according to claim 1,
Wherein said IL-8 is treated for 1 to 3 days.
상기 허혈성 뇌질환은 뇌졸중인 것을 특징으로 하는 허혈성 뇌질환 치료 및 예방용 세포 치료제.The method according to claim 1,
Wherein the ischemic brain disease is a stroke.
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