배경: 세포 노화는 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells, MSCs)의 치료 잠재력을 손상시켜 임상 적용을 제한한다. 본 연구에서는 섬유소원 섬유소네트워크(fibronectin) 제3형 도메인 9와 10을 엘라스틴-유사 폴리펩타이드(elastin-like polypeptides)에 접합한 재조합 ECM-모사 융합 단백질인 FN9-10ELP가, 화학치료제 에토포사이드(etoposide)가 hTMSCs에 유도하는 노화를 억제할 수 있는지 평가하고자 하였다. 방법: hTMSCs에서 노화는 20μM 에토포사이드 처리로 유도하였다. FN9-10ELP의 항노화 효과는 세포 생존력(MTT assay), 노화 관련 유전자 발현(qRT-PCR), 핵 형태(DAPI 염색), SA-β-galactosidase 활성 측정을 통해 평가하였다. 결과: FN9-10ELP 처리는 세포 생존력을 유의하게 증가시키고, IL-6, IL8, PAI-1을 포함한 노화 관련 분비 표현형(senescence-associated secretory phenotype, SASP) 유전자의 mRNA 발현을 감소시켰다. 또한 FN9-10ELP는 에토포사이드로 유도된 핵 비대(nuclear enlargement)를 감소시키고 SA-β-gal 양성 세포의 비율을 줄여 노화 표현형의 완화를 시사하였다. 결론: FN9-10ELP는 세포 생존력을 보존하고 SASP 인자 및 형태학적 노화 표지자의 발현을 감소시킴으로써 hTMSCs에서 에토포사이드 유도 노화를 억제한다. 이러한 결과는 FN9-10ELP와 같은 ECM-모사 단백질이 재생의학 및 항노화 치료 분야에서 유망한 생체재료가 될 가능성을 보여준다.

또한 FN9-10ELP는 핵 비대(nuclear enlargement)를 완화하고 SA-β-gal 양성 세포의 비율을 감소시켜 노화(senescence) 표현형의 억제를 시사하였다. 이러한 결과는 FN9-10ELP가 hMSCs에서 화학요법 유발 노화를 효과적으로 상쇄함을 보여주며, 재생의학 및 항노화 치료를 위한 유망한 생체재료로서의 잠재력을 강조한다.

). 이러한 발견은 AML12 세포 내에서 키메라 FGF21/HGFR의 간-재생(hepatо-regenerative) 특성을 확인해 주며, NAFLD에서 치료적 탐색을 위한 새로운 가능성을 열어준다.

비알코올성 지방간질환(NAFLD)은 비만 및 당뇨병과 같은 요인에 의해 기인하는 중요한 간 질환으로 부상하였다. NAFLD에 대한 치료법을 탐색하기 위한 연구가 진행되고 있음에도 불구하고, 이러한 증가하는 보건 문제를 해결하기 위해서는 추가적인 조사가 필수적이다. NAFLD는 간 지방증(hepatic steatosis)을 나타내며, 이로 인해 인슐린 저항성과 대사증후군이 유발된다. 본 연구는 NAFLD 환자 간세포에서 키메릭 섬유아세포성장인자 21(chimeric fibroblast growth factor 21, FGF21)-간세포성장인자 수용체(hepatocyte growth factor receptor, HGFR)의 재생 잠재력을 검증하고자 하였다. 마우스 간세포 세포주인 AML12를 사용하여 키메릭 FGF21/HGFR 발현의 재생 효과를 평가하였다. 다당류 축적은 주기산-쉬프(periodic acid-Schiff, PAS) 염색으로 확인하였고, 표지된 LDL을 사용하여 현미경적으로 LDL 섭취를 관찰하였다. RT-PCR을 통한 mRNA 분석에서는 아세틸-CoA 카복실레이스 1(acetyl-CoA carboxylase 1, ACC1) 및 스테롤 조절요소 결합 단백질 절단 활성화 단백질(sterol regulatory element-binding protein, SREBP cleavage-activating protein, SCAP) 등 주요 NAFLD 표지자의 발현이 감소하는 한편, 간세포성장인자(hepatocyte growth factor, HGF), 간세포 핵인자 4 알파(hepatocyte nuclear factor 4 alpha, HNF4A), 알부민(albumin, ALB)의 수준은 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 AML12 세포에서 키메릭 FGF21/HGFR의 간재생(hepatoregenerative) 특성을 뒷받침하며, NAFLD 치료 탐색을 위한 새로운 접근을 가능하게 한다.

배경: 세포 노화는 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells, MSCs)의 치료 잠재력을 손상시켜 임상 적용을 제한한다. 본 연구에서는 섬유소원 섬유소네트워크(fibronectin) 제3형 도메인 9와 10을 엘라스틴-유사 폴리펩타이드(elastin-like polypeptides)에 접합한 재조합 ECM-모사 융합 단백질인 FN9-10ELP가, 화학치료제 에토포사이드(etoposide)가 hTMSCs에 유도하는 노화를 억제할 수 있는지 평가하고자 하였다. 방법: hTMSCs에서 노화는 20μM 에토포사이드 처리로 유도하였다. FN9-10ELP의 항노화 효과는 세포 생존력(MTT assay), 노화 관련 유전자 발현(qRT-PCR), 핵 형태(DAPI 염색), SA-β-galactosidase 활성 측정을 통해 평가하였다. 결과: FN9-10ELP 처리는 세포 생존력을 유의하게 증가시키고, IL-6, IL8, PAI-1을 포함한 노화 관련 분비 표현형(senescence-associated secretory phenotype, SASP) 유전자의 mRNA 발현을 감소시켰다. 또한 FN9-10ELP는 에토포사이드로 유도된 핵 비대(nuclear enlargement)를 감소시키고 SA-β-gal 양성 세포의 비율을 줄여 노화 표현형의 완화를 시사하였다. 결론: FN9-10ELP는 세포 생존력을 보존하고 SASP 인자 및 형태학적 노화 표지자의 발현을 감소시킴으로써 hTMSCs에서 에토포사이드 유도 노화를 억제한다. 이러한 결과는 FN9-10ELP와 같은 ECM-모사 단백질이 재생의학 및 항노화 치료 분야에서 유망한 생체재료가 될 가능성을 보여준다.

또한 FN9-10ELP는 핵 비대(nuclear enlargement)를 완화하고 SA-β-gal 양성 세포의 비율을 감소시켜 노화(senescence) 표현형의 억제를 시사하였다. 이러한 결과는 FN9-10ELP가 hMSCs에서 화학요법 유발 노화를 효과적으로 상쇄함을 보여주며, 재생의학 및 항노화 치료를 위한 유망한 생체재료로서의 잠재력을 강조한다.

). 이러한 발견은 AML12 세포 내에서 키메라 FGF21/HGFR의 간-재생(hepatо-regenerative) 특성을 확인해 주며, NAFLD에서 치료적 탐색을 위한 새로운 가능성을 열어준다.

비알코올성 지방간질환(NAFLD)은 비만 및 당뇨병과 같은 요인에 의해 기인하는 중요한 간 질환으로 부상하였다. NAFLD에 대한 치료법을 탐색하기 위한 연구가 진행되고 있음에도 불구하고, 이러한 증가하는 보건 문제를 해결하기 위해서는 추가적인 조사가 필수적이다. NAFLD는 간 지방증(hepatic steatosis)을 나타내며, 이로 인해 인슐린 저항성과 대사증후군이 유발된다. 본 연구는 NAFLD 환자 간세포에서 키메릭 섬유아세포성장인자 21(chimeric fibroblast growth factor 21, FGF21)-간세포성장인자 수용체(hepatocyte growth factor receptor, HGFR)의 재생 잠재력을 검증하고자 하였다. 마우스 간세포 세포주인 AML12를 사용하여 키메릭 FGF21/HGFR 발현의 재생 효과를 평가하였다. 다당류 축적은 주기산-쉬프(periodic acid-Schiff, PAS) 염색으로 확인하였고, 표지된 LDL을 사용하여 현미경적으로 LDL 섭취를 관찰하였다. RT-PCR을 통한 mRNA 분석에서는 아세틸-CoA 카복실레이스 1(acetyl-CoA carboxylase 1, ACC1) 및 스테롤 조절요소 결합 단백질 절단 활성화 단백질(sterol regulatory element-binding protein, SREBP cleavage-activating protein, SCAP) 등 주요 NAFLD 표지자의 발현이 감소하는 한편, 간세포성장인자(hepatocyte growth factor, HGF), 간세포 핵인자 4 알파(hepatocyte nuclear factor 4 alpha, HNF4A), 알부민(albumin, ALB)의 수준은 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 AML12 세포에서 키메릭 FGF21/HGFR의 간재생(hepatoregenerative) 특성을 뒷받침하며, NAFLD 치료 탐색을 위한 새로운 접근을 가능하게 한다.

티타늄은 우수한 기계적·화학적 특성을 포함하여 여러 중요한 요구조건을 만족하는 생체재료이나, 생체활성이 낮다. 티타늄 표면에서 세포 반응을 향상시키고 이에 따라 골유착을 촉진하기 위해, 세포의 거동에 긍정적으로 영향을 주는 ECM(세포외기질, extracellular matrix)과 유사한 미세환경을 모방하도록 티타늄 표면을 생체기능화하였다. 이와 관련하여, 피브로넥틴과 엘라스틴은 줄기세포 분화를 조절하는 ECM의 중요한 구성요소로서 생물학적 미세환경을 지지한다. 그러나 각 고유 ECM은 생산 비용이 높고 면역원성이 있어 부적합하다. 이러한 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 재조합 키메라 피브로넥틴 type III9-10 및 엘라스틴-유사 펩타이드 절편(FN9-10ELP)을 개발하고, 이를 생체기능화된 티타늄 표면에 적용하였다. 골 재생과 관련하여 생물학적 활성 및 세포 반응을 평가한 결과, 초기 급격한 방출 효과 없이 FN9-10ELP 기능화 티타늄 표면에서 4주간 지속성이 확인되었다. 특히, 사람 중간엽 줄기세포(hMSCs)의 부착과 증식은 코팅하지 않은 티타늄에서 관찰된 값에 비해 FN9-10ELP 코팅 티타늄에서 유의하게 증가하였다. 또한 FN9-10ELP 코팅 티타늄은 알칼리 인산분해효소(alkaline phosphatase, ALP) 활성과 미네랄화 활성과 같은 골형성 분화를 유도하였다. 아울러 콜라겐 type I (Col I), Runt-related transcription factor 2 (RUNX2), 오스테오폰틴(osteopontin, OPN), 오스테오칼신(osteocalcin, OCN), 본 시알로 단백질(bone sialo protein, BSP), PDZ 결합 모티프(TAZ) 등 골형성과 관련된 유전자들의 발현도 추가로 증가하였다. 따라서 in vitro에서 FN9-10ELP 기능화 티타늄은 생체활성을 지속할 뿐만 아니라 hMSCs의 골형성 분화를 유도하여 골 재생을 향상시켰다.

서론: 만성폐쇄성폐질환(COPD)은 전 세계 사망 원인 중 3번째로 높은 질환이나, 효율적인 폐 모델의 부재로 인해 혁신적인 치료제 개발이 제한되어 있다. 본 연구는 건강 상태와 COPD 상황을 모두 반영하는 체외(in vitro) 폐 모사 모델을 제시한다. 방법: (1) CNBio의 PhysioMimix를 활용하여, 미세유체(microfluidic) 기반 3차원 시스템을 개발함으로써 배양 전 기간 동안 단방향 세포 흐름이 유지되도록 동적인 인간 폐 흐름 조건을 모사하였다. (2) 세포 활성에 대한 세포외기질(ECM)의 영향을 인지하여, 기질을 기능화하기 위해 1형 콜라겐(collagen type I)과 피브로넥틴(fibronectin)을 사용하였다. (3) 정상 인간 폐 섬유아세포(NHLFs)와 정상 또는 질환성 인간 기관지 상피세포(NHBE, DHBE)를 함께 배양하여 건강 및 COPD 폐 모사 모델을 구축하였다. 모델 재현성 평가를 위해, 광학 현미경, 주사전자현미경(scanning electron microscopy; SEM), 경상피 전기저항(transepithelial electrical resistance; TEER)을 이용한 임피던스 분광법, 면역형광(immunofluorescence; IF) 염색, 사이토카인 프로파일링을 포함하는 실시간 및 종말점(end-point) 측정의 포괄적 QC 전략을 적용하였다. 결과: (1) 동적 조건에서는 표현형 이질성(광학 현미경)이 증가하고, 털 같은(hairy-like) 섬모 세포 구조(SEM)가 관찰되어 장벽 보호와 점액섬모청소(mucociliary clearance)가 향상됨을 시사하였다. (2) 임피던스 분광법 결과, 피브로넥틴에 비해 콜라겐-I이 세포 부착, 성장 및 분화에 더 우수한 영향을 미치는 것으로 나타났다. (3) DHBEs는 손상된 장벽 무결성(TEER), 잔세포 비대(IF), 감소된 섬모(SEM), 그리고 염증성 표현형(사이토카인)을 보였다. 결론: 본 연구는 폐 모델 구축에서의 기술적 고려사항을 강조한다. 포괄적 QC를 갖춘 대표적인 COPD 모델을 개발하였으며, 이를 통해 COPD 치료제 발굴을 용이하게 할 수 있다.

이 논문(논문 번호 2303395)에서 Jung-Hwan Lee, Hosup Shim, Hae-Won Kim 및 공동연구자들은 재프로그래밍 과정에서 세포에 주기적 신장(cyclic stretching)을 가하면, 세포골격-핵 축(cytoskeletal-nuclear axis)을 따라 기계적 변환(mechanotransduction) 분자를 매개로 하여, 후성유전적 변화(epigenetic changes)와 함께 iPSC 생산 효율이 유의하게 향상됨을 밝혔다. 이러한 기계적 세포 공학은 iPSC의 대량생산과 재생의학에 도움이 된다. [이미지: 본문 참조]

초록 배경 호흡기 질환은 전 세계에서 사망 원인 2위이다. 현재 만성 폐질환에 대한 치료는 주로 보조적 치료에 그치고 있다. 지난 40년 동안 폐 질환에 대해 새로운 치료제의 계열이 도입된 경우는 매우 드물었는데, 이는 빠르고 비용 효율적이며 고처리량 시험이 가능하도록 하는 신뢰할 수 있는 폐 모델이 부족하기 때문이다. 폐 질환에 대한 새로운 치료제 개발을 가속화하기 위해, 우리는 두 가지 범주의 폐-모사(lung-mimicking) 모델을 구축하였다: (i) 건강한 폐, (ii) 질환성 폐–만성폐쇄성폐질환(COPD). 방법 폐의 복잡성을 서로 다른 정도로 모사하는 모델을 구축하기 위해, 우리는 다섯 가지 설계 구성요소를 사용하였다: (i) 세포 유형, (ii) 막 구조/구성, (iii) 환경 조건, (iv) 세포 배열, (v) 기질, 매트릭스 구조 및 조성. 폐 모델이 재현 가능하고 신뢰할 수 있는지를 확인하기 위해, 우리는 세포 장벽 기능, 투과성, 치밀연접, 조직 구조, 조직 조성, 사이토카인 분비에 대한 실시간 및 종말점(end-point) 정량·정성 측정을 통합한 품질 관리(QC) 전략을 개발하였다. 결과 건강한 모델은 (i) 연속적인 치밀연접, (ii) 생리적 세포 장벽 기능, (iii) 다중 세포층으로 구성된 전 두께의 상피, (iv) 섬모 세포와 잔 세포(goblet cells)의 존재로 특징지어진다. 한편 질환 모델은 사람의 COPD 질환을 모사하며, (i) 기능장애를 보이는 세포 장벽 기능, (ii) 섬모 세포의 고갈, (ii) 잔 세포의 과다 생성이 나타난다. 여기에서 개발된 모델은 기존의 체외(in vitro) 폐 모델에 비해 여러 가지 경쟁적 장점을 가진다: (i) 거시적(macroscale) 특성으로 인해 동일한 모델 시스템에 대해 다중 양식(multimodal) 및 상관 분석(correlative) 특성이 가능하고, (ii) 환자에서 유래한 세포를 사용함으로써 환자별 개별 모델을 생성하여 개인맞춤 의학(personalised medicine)을 가능하게 하며, (iii) 세포외기질(extracellular matrix) 단백질 인터페이스를 사용함으로써 생리적 세포 부착 및 분화를 촉진하고, (iv) 사람의 폐에서의 동적 조건을 모사하는 배지 미세순환(media microcirculation)을 활용한다. 결론 본 모델은 새로운 치료제의 안전성, 유효성 및 우수성을 시험하는 데뿐 아니라 흡입 오염물질이나 병원체에 의해 유발되는 독성 및 손상을 평가하는 데에도 활용될 수 있다. 또한 이러한 모델은 직업적 유해요인에 노출된 고위험 환자나 근로자에서 새로운 치료제의 보호 기능을 평가하는 데에도 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

배경: 호흡기 질환은 전 세계 사망 원인의 2번째로 높은 비중을 차지한다. 만성 폐질환에 대한 현재의 치료는 주로 보조적이다. 지난 40년 동안 폐질환에 대해 새로운 치료제 계열이 도입된 사례는 매우 드물었는데, 이는 빠르고 비용 효율적이며 고처리량(high-throughput) 시험을 가능하게 하는 신뢰할 수 있는 폐 모델의 부재 때문이다. 폐질환을 위한 새로운 치료제 개발을 가속화하기 위해, 우리는 두 가지 범주의 폐를 모사하는 모델을 구축하였다: (i) 건강한 폐, (ii) 질환성 폐 - COPD. 방법: 폐의 복잡성을 서로 다른 정도로 모사하는 모델을 구축하기 위해, 다섯 가지 설계 요소를 사용하였다: (i) 세포 유형, (ii) 막 구조/구성, (iii) 환경 조건, (iv) 세포 배열, (v) 기질, 매트릭스 구조 및 조성. 폐 모델이 재현 가능하고 신뢰할 수 있는지를 확인하기 위해, 세포 장벽 기능, 투과성, 치밀연접(tight junctions), 조직 구조, 조직 조성, 사이토카인 분비에 대한 실시간 및 종말점(end-point) 정량·정성 측정을 통합한 품질관리(QC) 전략을 개발하였다. 결과: 건강한 모델은 (i) 연속적인 치밀연접, (ii) 생리적 세포 장벽 기능, (iii) 여러 세포층으로 구성된 전층 두께의 상피, (iv) 섬모세포와 잔세포의 존재를 특징으로 한다. 한편 질환 모델은 사람의 COPD 질환을 모사하는데, (i) 기능 장애를 보이는 세포 장벽 기능, (ii) 섬모세포의 고갈, (ii) 잔세포의 과도한 생성이 포함된다. 본 연구에서 개발된 모델은 기존의 체외(in vitro) 폐 모델과 비교할 때 여러 경쟁적 이점을 가진다: (i) 거시적(macroscale) 특성으로 인해 동일한 모델 시스템에 대해 다중양식(multimodal) 및 상관적(correlative) 특성분석이 가능하며, (ii) 환자에서 유래한 세포를 사용함으로써 개인맞춤 의학을 위한 환자별 개별 모델의 생성이 가능하고, (iii) 세포외기질(extracellular matrix) 단백질 인터페이스를 사용하여 생리적 세포 부착 및 분화를 촉진하며, (iv) 배지 미세순환(media microcirculation)으로 인간 폐에서의 역동적 조건을 모사한다. 결론: 본 모델은 흡입되는 오염 물질 또는 병원체에 의해 유발되는 독성 및 손상뿐 아니라, 새로운 치료제의 안전성, 유효성 및 우수성을 평가하는 데 활용될 수 있다. 또한 이러한 모델은 직업적 유해요인에 노출되는 고위험 환자 또는 작업자에서 새로운 치료제의 보호 기능을 시험하는 데에도 사용될 수 있을 것으로 기대된다.