초록 ▼

연구의 목적 및 내용
● 본 연구는 유도 만능줄기세포로의 역분화를 위한 생체분화 가능하고 임상에 가능한 최적화적인 유전자 전달체 개발을 목표로 함.
● High-throughput substrate과 저분자 물질 스크리닝을 이용한 유도 만능 줄기세포 분화 및 조직형성 최적화 기술 개발을 목표로 함.
● 생리활성 생체재료로 이루어진 하이드로겔과 자성 나노입자를 이용한 근골격계 조직공학을 보다 효율적인 측면에서 분화 유도 할 수 있는 기술 개발을 목표로 함.
1. High-throughput을 이용한 유전자 전달

연구의 목적 및 내용
● 본 연구는 유도 만능줄기세포로의 역분화를 위한 생체분화 가능하고 임상에 가능한 최적화적인 유전자 전달체 개발을 목표로 함.
● High-throughput substrate과 저분자 물질 스크리닝을 이용한 유도 만능 줄기세포 분화 및 조직형성 최적화 기술 개발을 목표로 함.
● 생리활성 생체재료로 이루어진 하이드로겔과 자성 나노입자를 이용한 근골격계 조직공학을 보다 효율적인 측면에서 분화 유도 할 수 있는 기술 개발을 목표로 함.
1. High-throughput을 이용한 유전자 전달 시스템 및 역분화 세포 확립
● 역분화 유도를 위한 MinicircleDNA (MC-LGNSO)의 합성 전달체 개발
● PBAE 라이브러리 개발, transfection efficiency 확인 및 다양한 역분화 유도된 세포 분석
2. 분화 최적화를 위한 미세환경 조절 가능 기술 확립
● 세포외기질 단백질이 공유 결합된 지지체 확립
● 근골격계로의 분화 최적화된 지형조건 규명과 후생학적 연구를 통한 변화 확인
3. 근골격계 조직공학을 위한 다양한 지지체 및 자성 나노입자를 이용한 조직공학
● 근골격계 조직 분화를 위한 생리활성 하이드로겔 및 3차원 고분자 지지체 개발
● 자성 나노입자를 이용한 3차원 조직공학

연구개발성과
● MC-LGNSO의 합성 전달체 개발 및 특성파악
● MC-LGNSO와 PBAE 고분자 전달체를 통한 유도 만능줄기세포주 확립
● 근골격계 분화 최적화 조건 및 고분자 레진을 이용한 미세환경 조절 가능 근육세포모방 지지체 확립
● 고분자 하이드로겔과 RGD 펩타이드를 이용한 3차원 지지체 확립
● 나노입자를 통한 세포 표면 코팅 프로토콜 확립 및 세포 이미징 시스템 개발
● 자성 나노입자를 이용한 임상 적용 가능 세포/조직 전달 시스템 개발

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
● 나노지지체를 이용한 근골격계로의 분화를 유도함으로써 임상적용시 보다 적합하고 세포의 생존율 및 분화율을 향상시키는 세포치료법 개발에 도움이 될 것으로 여겨짐
● 자성 나노입자를 이용한 세포/조직 전달 시스템은 임상적용에 큰 활용이 될 것으로 예상됨
● 나노입자를 이용한 세포 표면 코팅은 세포 이미징과 약물 전달 시스템 발전에 활용 가능할 것으로 여겨짐
● 하이드로겔 안에서의 연골세포의 생물작용과 안전성 연구는 연골질환 치료와 질환 기작연구에 적용이 가능할 것으로 사료됨

(출처 : 국문 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
● This research aims to develop optimized and biodegradable DNA carrier to produce induced pluripotent stem cells(iPSCs) for in vivo purposes
● Development of strategies to differentiate and construct tissue from iPSCs via fabrication of high-throughput substrate and small m

Purpose & Contents
● This research aims to develop optimized and biodegradable DNA carrier to produce induced pluripotent stem cells(iPSCs) for in vivo purposes
● Development of strategies to differentiate and construct tissue from iPSCs via fabrication of high-throughput substrate and small molecule screening
● This research also aims to develop strategies to efficiently differentiate stem cells into musculoskeletal tissue by incorporation of biofunctional hydrogels and magnetic nanoparticles
1. Using High-throughput system for development of gene delivery protocol and establishment of sets of reprogrammed cells
● Fabrication of MinicircleDNA delivery system for reprogramming
● Establishment of PBAE library and assessment of transfection efficiency and analysis of reprogrammed cells
2. Development of substrates affecting microenvironment for stem cell differentiation
● Development of optimized ECM substrate for stem cell differentiation
● Optimization of ECM environment for musculoskeletal differentiation
3. Development of various biofunctional substrates for musculoskeletal tissue and using magnetic nanoparticles for tissue engineering
● Establishment of biofunctional hydrogels and polymer incorporated 3D substrates for musculoskeletal tissue engineering
● 3D tissue engineering using magnetic nanoparticles

Results
● Development of MC-LGNSO synthesized carrier and characterization of development DNA carrier
● Establishment of iPSCs via developed MC-LGNSO PBAE polymer carrier
● Optimized musculoskeletal differentiation protocol and muscular cell mimicking substrates that can control microenvironment with polymer resin
● Development of 3D polymer hydrogels incorporating RGD peptide
● Establishment of cell surface coating protocol using nanoparticles and applying it in developing cell imaging system
● Cell/tissue delivery system using magnetic nanoparticles

Expected Contribution
● Developed high-throughput platform substrate for musculoskeletal differentiation can increase rate of cell survival and musculoskeletal differentiation efficiency when applied for stem cell therapy
● Use of magnetic nanoparticles for cell/tissue delivery can result in significant development during clinical trial stages of tissue engineering research
● Incorporation of nanoparticles for cell surface coating allowing cell imaging and drug delivery can be further developed for future applications
● Preliminary biological function and viability research on chondrocytes encapsulated in hydrogel can help understanding the mechanism of cartilage defective disease and provide new perspective to therapy

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 6
• 목차 ... 7
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1. 연구개발 목적 ... 8
• 2. 연구개발의 필요성 ... 8
• 3. 연구개발 범위 ... 10
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 11
• 1. 국내 관련 분야 기술개발현황 ... 11
• 2. 국외 관련 분야 기술개발현황 ... 11
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 12
• 1. 역분화 유도를 위한 PBAE 합성 및 유전자 전달 시스템 분석 ... 17
• 2. gWIZ-GFP reporter를 이용한 transfection 효율 분석 ... 18
• 3. MC-LGNSO 전달을 위한 조건 최적화 ... 19
• 4. 역분화가 유도된 세포의 분석 ... 20
• 5. High-throughput 기술을 통한 분화 유도 지지체 개발 ... 21
• 6. 유도 만능줄기세포의 분화 효율 분석 ... 24
• 7. DNA methylation을 통한 후생학적 변화 확인 ... 25
• 8. RT-PCR, 면역염색법 분석을 이용한 분화 학인 ... 26
• 9. Poly urethane acrylate 기반의 고분자 레진을 이용한 세포모양을 모방한 지지체 개발 ... 27
• 10. 근육세포모방 지지체에서의 성체줄기세포의 반응확인 ... 28
• 11. 근육세포모방 지지체에서의 성체줄기세포의 근골격계 분화 프로토콜 확립 ... 29
• 12. Poly ethylene glycol과 히알루론산, chondoritin sulfate기반의 고분자 하이드로겔을 RGD 펩타이드와 함께 이용한 세포지지체 확립 ... 30
• 13. 3차원 고분자 하이드로겔을 이용한 세포 배양 ... 31
• 14. 3차원 고분자 하이드로겔 지지체에서의 연골 세포의 반응확인 ... 32
• 15. 자성나노입자를 이용한 세포 스페로이드 형태의 복합적 형체 확립 ... 33
• 16. 줄기세포 스페로이드의 연골세포로의 분화 확인 ... 35
• 17. 스페로이드의 외부 자극으로 인한 세포 영향 연구 ... 36
• 18. 외부적인 힘인 전기자극을 도입하여 근골격계 분화조건 확립 ... 37
• 19. 전기자극을 도입한 3차원적인 생체적합한 하이드로겔에 포함되어 있는 세포의 분화 ... 39
• 20. 생체유래 하이드로겔의 물성을 자극시켜 근골격계 세포로의 분화 유도 ... 41
• 21. 유도 만능줄기세포 유래 간엽줄기세포 확립 ... 42
• 22. 유도 만능줄기세포 유래 간엽줄기세포의 골분화 ... 43
• 23. 세포 표면 개질을 통한 효율적인 생체 내 세포 이미징 및 약물전달 시스템 개발 ... 45
• 24. 제대정맥혈관내피세포에서부터 골세포로의 직접교차분화 ... 47
• 25. graphene oxide가 함유된 하이드로겔의 줄기세포 골분화 유도 기술 확립 ... 48
• 26. 자성 나노 입자 도입한 하이드로겔 기반의 LBL(layer-by-layer) 시스템 구축 ... 50
• 27. 구축된 하이드로겔 기반의 LBL 시스템에 자성나노입자 임베딩 ... 53
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 54
• 1. 목표 달성도 ... 54
• 2. 관련 분야 기여도 ... 56
• 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 57
• 1. 목표 달성도 ... 57
• 2. 다른 연구에의 응용 및 기업화 추진방안 ... 57
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 58
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 59
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 60
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 61
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 62
• 제11장. 기타 사항 ... 63
• 제12장. 참고 문헌 ... 64
• 끝페이지 ... 65