만능줄기세포는 자가 증식 능력과 신체를 구성하는 모든 세포 유형으로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 기초발생학 분야뿐 아니라 세포 치료, 약리연구 및 독성평가, 질환 모델 구축 등 광범위한 분야에서 만능 줄기 세포의 분화능을 이용한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 만능줄기세포의 신경계 세포로의 분화 연구가 활발하게 진행되었으며, ...
만능줄기세포는 자가 증식 능력과 신체를 구성하는 모든 세포 유형으로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 기초발생학 분야뿐 아니라 세포 치료, 약리연구 및 독성평가, 질환 모델 구축 등 광범위한 분야에서 만능 줄기 세포의 분화능을 이용한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 만능줄기세포의 신경계 세포로의 분화 연구가 활발하게 진행되었으며, 중추신경계를 구성하는 뇌는 다른 장기에 비해 살아있는 조직을 얻기 어렵기 때문에 체외에서의 분화가 더욱 필요했다. 만능줄기세포의 신경계로의 분화 연구는, 세포가 배양접시에 붙어 단층으로 자라는 2차원적 분화를 시작으로, 세포 외 기질이나 고분자 스캐폴드 같은 지지체를 활용하는 3차원적 분화까지 발달하였다. 연구자들은 체내 환경을 최대한 모방하여 체외에서 분화된 세포를 체내에 존재하는 세포와 최대한 유사하게 만들기 위해 많은 노력을 기울였으며, 그 결과 실제 장기의 조직과 기능을 닮은 오가노이드 조직을 만드는 단계에 이르렀다. 오가노이드 조직은 단순한 3차원적 배양으로 만들어진 배양체와 달리 장기의 초기 발달과정과 내부 조직 구조를 모사할 수 있었다. 본 연구에서는, 생쥐 만능줄기세포를 이용해 테라토마 형성을 통한 분화시스템을 구축하고, 이를 통해 신경줄기세포를 생산할 수 있었다. 체내 테라토마 유래 신경줄기세포는 정상적인 신경줄기세포 특성을 나타냄과 동시에 뇌 유래 신경줄기세포와 유사했다. 이러한 결과는 체내 환경이 세포의 분화에 중요한 역할을 할 수 있으며 체외 분화를 통해 얻기 어려웠던 세포 종류의 분화에 이 방법을 적용할 수 있음을 시사한다. 그러나, 인간에 대한 테라토마 기반 분화 시스템의 적용은 윤리적, 안전성 문제로 어려울 것이다. 따라서, 최근에 발달한 오가노이드 기술을 이용하여 인간의 초기 뇌 발달단계를 모방하면서 실제 뇌와 유사한 구조를 가지는 뇌 오가노이드를 형성하고자 하였다. 본 연구는 인간 만능줄기세포주를 이용해 이루어졌으며, 뇌 오가노이드 분화법의 표준화를 통해 다양한 세포주에서 뇌 오가노이드를 확립할 수 있는 방법을 개발할 수 있었다. 확립된 뇌 오가노이드에는 인간 대뇌 피질구조의 특성인 뇌주름과 피층구조가 존재했다. 마지막으로, 뇌의 해부학적 방향인 전-후 축에 따른 부위적 특성을 체외에서 모방하기 위해 Wnt 신호전달경로를 조절하는 실험을 진행했다. 뇌 오가노이드는 Wnt 신호전달경로가 활성화될수록 후면부의 뇌에 가까운 특성을 보였으며 중뇌와 후뇌로 정체성이 결정되었다. 결론적으로, 이 연구의 주제는 생쥐와 인간 만능줄기세포의 신경계 분화연구에서 테라토마 혹은 오가노이드 기술을 이용해 체내 환경이나 발달과정을 체외에서 모사, 실제 신경계 세포 혹은 뇌 조직을 모방하는 것에 있다.
만능줄기세포는 자가 증식 능력과 신체를 구성하는 모든 세포 유형으로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 기초발생학 분야뿐 아니라 세포 치료, 약리연구 및 독성평가, 질환 모델 구축 등 광범위한 분야에서 만능 줄기 세포의 분화능을 이용한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 만능줄기세포의 신경계 세포로의 분화 연구가 활발하게 진행되었으며, 중추신경계를 구성하는 뇌는 다른 장기에 비해 살아있는 조직을 얻기 어렵기 때문에 체외에서의 분화가 더욱 필요했다. 만능줄기세포의 신경계로의 분화 연구는, 세포가 배양접시에 붙어 단층으로 자라는 2차원적 분화를 시작으로, 세포 외 기질이나 고분자 스캐폴드 같은 지지체를 활용하는 3차원적 분화까지 발달하였다. 연구자들은 체내 환경을 최대한 모방하여 체외에서 분화된 세포를 체내에 존재하는 세포와 최대한 유사하게 만들기 위해 많은 노력을 기울였으며, 그 결과 실제 장기의 조직과 기능을 닮은 오가노이드 조직을 만드는 단계에 이르렀다. 오가노이드 조직은 단순한 3차원적 배양으로 만들어진 배양체와 달리 장기의 초기 발달과정과 내부 조직 구조를 모사할 수 있었다. 본 연구에서는, 생쥐 만능줄기세포를 이용해 테라토마 형성을 통한 분화시스템을 구축하고, 이를 통해 신경줄기세포를 생산할 수 있었다. 체내 테라토마 유래 신경줄기세포는 정상적인 신경줄기세포 특성을 나타냄과 동시에 뇌 유래 신경줄기세포와 유사했다. 이러한 결과는 체내 환경이 세포의 분화에 중요한 역할을 할 수 있으며 체외 분화를 통해 얻기 어려웠던 세포 종류의 분화에 이 방법을 적용할 수 있음을 시사한다. 그러나, 인간에 대한 테라토마 기반 분화 시스템의 적용은 윤리적, 안전성 문제로 어려울 것이다. 따라서, 최근에 발달한 오가노이드 기술을 이용하여 인간의 초기 뇌 발달단계를 모방하면서 실제 뇌와 유사한 구조를 가지는 뇌 오가노이드를 형성하고자 하였다. 본 연구는 인간 만능줄기세포주를 이용해 이루어졌으며, 뇌 오가노이드 분화법의 표준화를 통해 다양한 세포주에서 뇌 오가노이드를 확립할 수 있는 방법을 개발할 수 있었다. 확립된 뇌 오가노이드에는 인간 대뇌 피질구조의 특성인 뇌주름과 피층구조가 존재했다. 마지막으로, 뇌의 해부학적 방향인 전-후 축에 따른 부위적 특성을 체외에서 모방하기 위해 Wnt 신호전달경로를 조절하는 실험을 진행했다. 뇌 오가노이드는 Wnt 신호전달경로가 활성화될수록 후면부의 뇌에 가까운 특성을 보였으며 중뇌와 후뇌로 정체성이 결정되었다. 결론적으로, 이 연구의 주제는 생쥐와 인간 만능줄기세포의 신경계 분화연구에서 테라토마 혹은 오가노이드 기술을 이용해 체내 환경이나 발달과정을 체외에서 모사, 실제 신경계 세포 혹은 뇌 조직을 모방하는 것에 있다.
Pluripotent stem cells (PSCs) have an ability to self-renewal and differentiate into all the cell types in the body. These characteristics have led to research using the differentiation of PSCs in a wide range of research areas fields of basic development, cell physiology, and cell therapy researche...
Pluripotent stem cells (PSCs) have an ability to self-renewal and differentiate into all the cell types in the body. These characteristics have led to research using the differentiation of PSCs in a wide range of research areas fields of basic development, cell physiology, and cell therapy researches. Among other things, the study of differentiation into the neural cells of the PSCs was actively conducted, and in vitro differentiation was needed because the brain was more difficult to obtain living tissue than other organs. Neural differentiation study has developed from two-dimensional (2D) differentiation where cells attached to a culture dish to three-dimensional (3D) differentiation that utilizes supports such as extracellular substrates and polymeric scaffolds. Researchers have tried to make the in vitro differentiated cells as similar as possible to those present in the body. Recently, Organoid technology was developed to mimic the in vivo organs. Unlike the spheroids created by simple 3D culture, organoids were able to simulate the early development process of organs and intrinsic tissue structures. In this study, in vivo neural stem cell (NSC) differentiation system that mimic 3D in vivo environment through teratoma formation using both ESCs and partially reprogrammed cells lacking in vitro differentiation potential was developed. In vivo NSCs exhibited normal NSC properties and were similar to brain-NSCs. These results suggest that the in vivo environment is important for the differentiation and that this method could be applied for differentiation of desired cell types that are difficult to obtain by in vitro differentiation. However, application of teratoma based cell differentiation to humans would be difficult due to ethical and safety issues. Therefore, recently developed organoid technology was introduced to mimic the early brain development and structures of actual human brains. Here, an optimized brain organoid differentiation protocol was established using multiple hESCs and hiPSCs. Brain folding and cortical layer structures, which are the characteristics of the human brain were observed in established brain organoids. Moreover, an experiment was conducted to mimic the anterior to posterior axis of the brain. Anterior to posterior patterning was observed in brain organoids with Wnt signaling activation. Brain organoids treated with a high concentration of GSK3β inhibitor acquired posterior identity with an increase in midbrain and hindbrain marker expressions. In conclusion, the subject of this study is to simulate the actual brain tissues or neural cells by mimicking the in vivo environment and developmental process through teratoma or organoid technology, in the study of neural differentiation of mouse and human PSCs.
Pluripotent stem cells (PSCs) have an ability to self-renewal and differentiate into all the cell types in the body. These characteristics have led to research using the differentiation of PSCs in a wide range of research areas fields of basic development, cell physiology, and cell therapy researches. Among other things, the study of differentiation into the neural cells of the PSCs was actively conducted, and in vitro differentiation was needed because the brain was more difficult to obtain living tissue than other organs. Neural differentiation study has developed from two-dimensional (2D) differentiation where cells attached to a culture dish to three-dimensional (3D) differentiation that utilizes supports such as extracellular substrates and polymeric scaffolds. Researchers have tried to make the in vitro differentiated cells as similar as possible to those present in the body. Recently, Organoid technology was developed to mimic the in vivo organs. Unlike the spheroids created by simple 3D culture, organoids were able to simulate the early development process of organs and intrinsic tissue structures. In this study, in vivo neural stem cell (NSC) differentiation system that mimic 3D in vivo environment through teratoma formation using both ESCs and partially reprogrammed cells lacking in vitro differentiation potential was developed. In vivo NSCs exhibited normal NSC properties and were similar to brain-NSCs. These results suggest that the in vivo environment is important for the differentiation and that this method could be applied for differentiation of desired cell types that are difficult to obtain by in vitro differentiation. However, application of teratoma based cell differentiation to humans would be difficult due to ethical and safety issues. Therefore, recently developed organoid technology was introduced to mimic the early brain development and structures of actual human brains. Here, an optimized brain organoid differentiation protocol was established using multiple hESCs and hiPSCs. Brain folding and cortical layer structures, which are the characteristics of the human brain were observed in established brain organoids. Moreover, an experiment was conducted to mimic the anterior to posterior axis of the brain. Anterior to posterior patterning was observed in brain organoids with Wnt signaling activation. Brain organoids treated with a high concentration of GSK3β inhibitor acquired posterior identity with an increase in midbrain and hindbrain marker expressions. In conclusion, the subject of this study is to simulate the actual brain tissues or neural cells by mimicking the in vivo environment and developmental process through teratoma or organoid technology, in the study of neural differentiation of mouse and human PSCs.
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