초록 ▼

I. 연구개발의 목적 및 필요성
자가 골수세포의 이식을 통하여 골재생을 유도하여 무혈성괴사를 치료하려는 시도가 최근 10여년 전부터 시도되고 있으나 임상적으로 일관된 결과를 보여주지 못하고 있는데, 혈류공급 재형성의 지연이 큰 원인으로 사료되고 있음. 효과적인 골 재생을 위한 세포치료에 있어 가장 중요한 점은 신속한 혈관형성의 유도로서 혈관형성이 제대로 이루어지지 않는 경우 이식된 세포는 괴사에 이르러 세포치료의 효과가 없어지게 됨.

II. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구는 골모세포로의 기본적인 분화경로를

I. 연구개발의 목적 및 필요성
자가 골수세포의 이식을 통하여 골재생을 유도하여 무혈성괴사를 치료하려는 시도가 최근 10여년 전부터 시도되고 있으나 임상적으로 일관된 결과를 보여주지 못하고 있는데, 혈류공급 재형성의 지연이 큰 원인으로 사료되고 있음. 효과적인 골 재생을 위한 세포치료에 있어 가장 중요한 점은 신속한 혈관형성의 유도로서 혈관형성이 제대로 이루어지지 않는 경우 이식된 세포는 괴사에 이르러 세포치료의 효과가 없어지게 됨.

II. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구는 골모세포로의 기본적인 분화경로를 가진 골수줄기세포와 혈관 생성 능력을 가진 지방줄기세포의 공배양 방법에 관한 것으로서, 골 및 신생혈관 형성능이 향상된 줄기세포 공배양 및 이식법을 개발하여 효과적인 골 재생의 연구기반이 될 수 있을것임. 또한 본 연구에서 혈관내피세포 분화유도인자(VEGF)가 이입된 형질전환 지방줄기세포의 제조로 혈관 형성능 및 골재생능이 더욱 강화된 줄기세포 공배양/이식을 가능하게 하여 대퇴골두 무혈성괴사 줄기세포치료제의 가능성을 제시할 수 있음.

III. 연구개발결과
골 및 신생혈관형성에 가장 효과적인 공배양 비율 검증하였을 때, 골수줄기세포 : 지방줄기세포 = 1 : 0.5의 비율에서 가장 효과적으로 in vitro/in vivo 골분화 및 혈관분화 유도하였음. 이러한 결과는 마우스 골결손 및 돼지 대퇴골두 무혈성괴사 모델에서 검증하였음. 더욱 폭넓게는 골수줄기세포 : 지방줄기세포 = 1 : 0.25부터 1 : 0.75의 비율로 공배양하였을 때 골수줄기세포 단독보다 더욱 효과적으로 in vitro 골분화 및 혈관분화를 유도하였음. 그러나 골수줄기세포 : 지방줄기세포 = 1 : 1의 비율로 공배양하였을 때 골수줄기세포 단독보다 오히려 in vitro 골분화 효율이 떨어지는 것을 확인함.
본 연구에서는 혈관성장인자(VEGF) 형질변환 줄기세포 제조 기술을 개발하고자 하였는데, Electrotransfer 방법을 사용하여 VEGF 재조합 DNA의 줄기세포로의 비바이러스성 유전자이입법 확립함. 제조된 VEGF 형질변환 줄기세포는 대조군 줄기세포와 비교하여 20배 이상의 VEGF 유전자 및 단백질 발현율을 나타냄. 또한 VEGF 형질전환 줄기세포의 신생혈관생성능을 확인하기 위해 마우스 내피에 이식한 결과, 대조군 줄기세포와 비교하여 월등히 높은 in vivo 혈관형성 효율을 확인함. 골수줄기세포 : VEGF 형질전환 지방줄기세포 = 1 : 0.05의 비율로 마우스 두개골 결손모델에 공이식하였을 때, 1 : 0.5 비율 및 골수줄기세포단 독 보다 골재생 효율이 높았음.

IV. 연구개발결과의 활용계획
현재 무혈성괴사가 발생한 대퇴골두의 재생치료를 위한 줄기세포치료제가 없는 가운데, 본 연구를 통해 확립된 골/혈관형성 촉진을 위한 공배양 및 혈관성장인자 형질변환 기술은 지적 재산권 및 상품화 가치가 충분하여 제품개발 또는 줄기세포 재생의학에 관심있는 주요 제약업체로의 기술이전이 가능할 것으로 사료됨.

Abstract ▼

I. The purpose of this research
Osteonecrosis of the femoral head (ONFH), a destructive disease of the hip joint caused by inadequate blood supply, affects young adults. While total hip arthroplasty (THA) is usually required for these patients, the longevity of artificial joint is limited in youn

I. The purpose of this research
Osteonecrosis of the femoral head (ONFH), a destructive disease of the hip joint caused by inadequate blood supply, affects young adults. While total hip arthroplasty (THA) is usually required for these patients, the longevity of artificial joint is limited in young patients who underwent THA, posing them at higher risk for failure during their life span. Therefore, therapeutic measures that enable regeneration of the affected bone rather than replacing it are necessary for ONFH patients.
While bone marrow stromal cells (BMSCs) have been extensively investigated as the most suitable cell source for bone tissue engineering due to their excellent osteogenic potential, adipose-derived stromal cells (ASCs) have also been given attention due to their easy accessibility and abundance. ASCs can differentiate into not only mesenchymal lineage cells but also vascular lineage cells such as endothelial, smooth muscle and circulating cells. The purpose of this studywas to investigate the influence of cocultured ASCs in enhancing the osteogenic differentiation and angiogenesis of BMSCs as well as the underlying mechanism and the optimal ratio to promote these desired functions.

II. Results of this research
We determined the influence of cocultured ASCs in enhancing the osteogenic differentiation and angiogenesis of BMSCs as well as the underlying mechanism and the optimal ratio. ASCs added to BMSCs promoted both osteogenesis and angiogenesis in vitro and in vivo at the optimal ASC/BMSC ratio of 0.5/1. Underlying mechanism seems to involve the increase of angiogenic factors VEGF and CXCL1, osteogenic factor Wnt5a as well as TGFbR1 and SMAD3 from BMSCs when cocultured with ASCs.
Vascular endothelial growth factor-transfected adipose derived stem cells (ADSC-VEGF) was constructed by electroporation using positive selected recombinant of the pEGFP-C1 vector cloned with human VEGF genes. The ADSC-VEGF as well as the co-cultured cells induced great tube formation in human umbilical vein endothelial cells than those of non-genetically engineered ADSC. The co-cultured cells except the ratio of BMSC : ADSC-VEGF (1:0.05) showed significantly greater osteogenic differentiation and mineralization than BMSC alone in vitro. Calvarial defects treated with BMSC : ADSC-VEGF (1:0.05) had greater repair of bone volume and mineral density than those of BMSC alone. In conclusion, ADSC-VEGF effectively induces neovascularization and their addition to BMSC promotes bone regeneration.