배경: 세포 치료는 혈관신생을 촉진하는 유망한 접근으로 부상했으나, 그 효과는 대부분 모세혈관 수준에 제한된다. 더 크거나 더 안정적인 혈관을 생성하기 위해서는 평활근세포(SMCs) 또는 주위세포(pericytes)와 같은 벽세포(mural cells)의 층적 형성이 필요하다. 최근 SMC를 생성하기 위한 직접 재프로그래밍(direct reprogramming) 접근이 개발되었다. 그러나 이러한 방식으로 재프로그래밍된 SMC는 원래의 SMC 표현형인 수축성(contractile) SMC의 진정한 특성을 결여하므로, 생체 내에서의 치료 가능성과 혈관 형성 잠재성은 탐구되지 않았다. 따라서 본 연구는 사람 피부 진피 섬유아세포(human dermal fibroblasts)를 수축성 SMC(rSMCs)로 직접 재프로그래밍하고, 생체 내에서 벽세포로서의 역할과 허혈성 질환에서의 치료 효과를 규명하고자 하였다. 방법: 정해진 배양 조건 하에서 레티노산(retinoic acid) 처리를 통해 사람 진피 섬유아세포를 rSMCs로 직접 재프로그래밍하였다. 정량적 역전사 중합효소 연쇄반응(quantitative reverse-transcriptase polymerase chain reaction), 유세포분석(flow cytometry), 면역염색(immunostaining)을 통해 수축성 SMC로서의 표현형을 특성화하였다. 이어서 혈관수축제인 카르바콜(carbachol)을 사용하여 수축성을 평가하고, 투과전자현미경(transmission electron microscope) 및 벌크(bulk) RNA 시퀀싱을 통해 추가로 검토하였다. 다음으로, 레이저 도플러 관류 영상(laser Doppler perfusion imaging)과 조직학적 분석을 이용한 마우스 하지부 허혈 모델에서 rSMCs의 이식이 혈류를 개선하고 벽세포로서의 혈관 형성을 유도하는지 평가하였다. 또한 이들의 분비(패러크린) 효과(paracrine effects)도 규명하였다. 결과: 레티노산은 사람 진피 섬유아세포를 SMC로 효율적으로 재프로그래밍하였다. 이러한 rSMCs는 mRNA, 단백질 및 세포 수준에서 수축성 SMC의 특성을 보였다. 허혈성 마우스 하지에 rSMCs를 이식하면 혈류 회복과 혈관 수복이 향상되었고, 사지 보존(limb salvage)도 개선되었다. 조직학적 관찰에서는 혈관 밀도가 증가했으며, 이식된 rSMCs가 주위세포(pericytes)와 혈관 SMC로서 혈관벽에 통합되어 더 안정적이고 더 큰 미세혈관 형성에 기여함을 확인하였다. 정량적 역전사 중합효소 연쇄반응 분석 결과, 이식된 rSMCs는 허혈성 사지에서 혈관신생(angiogenic), 동맥형성(arteriogenic), 혈관 안정화(vessel-stabilizing) 및 조직 재생(tissue regenerative) 효과를 포함하는 다면적(pleiotropic) 작용을 나타냈다. 결론: 정해진 배양 조건 하에서의 레티노산은 사람 섬유아세포를 수축성이고 기능적인 SMC로 효율적으로 재프로그래밍하였다. rSMCs는 혈관 수복에 효과적이며, 벽세포 및 다양한 패러크린 효과를 통해 혈관신생에 기여하는 것으로 나타났다. 이러한 사람 rSMCs는 세포 기반 치료 및 연구를 위한 새로운 공급원으로 활용될 수 있다.

배경: 말초동맥질환(PAD)은 진행된 경우 절단으로 이어질 수 있으며, 따라서 사람 유도만능줄기세포(hiPSC)를 이용한 세포치료는 유망한 치료 옵션이다. hiPSC로부터 유도된 내피세포(hiPSC-ECs)는 실험적 허혈성 심혈관질환의 치료에서 유리한 효과를 보였다. 면역학적 반응을 피하기 위해 PAD 환자에 대한 자가(autologous) 접근이 바람직하다. 그러나 PAD 환자에서 유래한 hiPSC 및 hiPSC-ECs가 건강한 지원자에서 유래한 것과 유사한 특성과 효능을 보이는지 여부는 아직 알려져 있지 않다. 따라서, 비(非)PAD 공여자와 PAD 환자 사이에 hiPSC 및 hiPSC-ECs의 특성과 효능에 유의한 차이가 있는지 탐색하였다. 방법 및 결과: 우리는 7명의 비-PAD 공여자와 8명의 PAD 환자의 혈액으로부터 hiPSC를 성공적으로 생성하였다. qRT-PCR, 유세포분석 및 면역염색으로 확인한 바에 따르면, 비-PAD 및 PAD 유래 hiPSC 모두 만능성(pluripotency) 표지자의 발현 수준이 유사하였다. 모든 hiPSC는(군에 무관하게) 종양성기형종(teratoma)을 형성하였고 정상 핵형을 보였다. RNA-seq 분석에서는 군 간 유사한 유전자 발현 프로파일이 확인되었다. 이어서 임상적으로 적합한 방식으로 hiPSC를 내피세포(EC)로 분화시켰다. 비-PAD 및 PAD 공여자에서 유래한 hiPSC-ECs는 유전자(qRT-PCR)와 단백질 수준(면역염색 및 유세포분석) 모두에서 내피세포 표지자의 발현 수준이 유사하였다. RNA-seq 분석에서는 군 간 유전자 발현 프로파일의 전반적인 차이가 유의하지 않았다. 시험관 내 질소산화물(nitric oxide) 분석 및 관상(tubular) 구조 형성 분석에서, 두 군의 hiPSC-ECs는 유사한 내피세포 특성과 기능을 보였다. 하지 허혈 유도 후 하지 근육에 주입했을 때, 두 군 모두 유사한 관류 회복(perfusion recovery), 사지 보존(limb salvage), 그리고 혈관 형성 능력을 나타냈다. 두 군 모두에서 이식된 hiPSC-ECs 역시 유사한 혈관형성(angiogenic) 및 혈관형성 능력을 보였다. 결론: 본 연구는 비-PAD 공여자와 PAD 환자에서 유래한 hiPSC 및 hiPSC-ECs 간에 분자 및 세포생물학적 특성, 치료 효과, 그리고 혈관형성 능력 측면에서 유의한 차이가 없음을 보여주었다. 본 연구는 PAD 환자에서 유래한 hiPSC 및 hiPSC-ECs가 자가 세포치료를 위한 새로운 플랫폼으로 활용될 수 있음을 시사한다.