보고서 정보
| 주관연구기관 |
포항공과대학교
Pohang University of Science and Technology |
| 연구책임자 |
한세광
|
| 보고서유형 | 최종보고서 |
|---|
| 발행국가 | 대한민국 |
|---|
| 언어 |
한국어
|
| 발행년월 | 2017-08 |
|---|
| 과제시작연도 |
2016 |
| 주관부처 |
과학기술정보통신부
Ministry of Science and ICT |
| 등록번호 |
TRKO201800003173 |
| 과제고유번호 |
1711042806 |
| 사업명 |
바이오.의료기술개발 |
| DB 구축일자 |
2018-04-21
|
| 키워드 |
히알루론산.자기조립.주사가능형 하이드로젤.중간엽 줄기세포.세포전달시스템.Hyaluronic acid.Self-assembly.Injectable hydrogel.Mesenchymal stem cell.Cell delivery system.
|
초록
▼
자가조립 초분자 히알루론산 하이드로젤을 개발, 이를 줄기세포 치료제의 세포전달체로 이용하는 연구를 통하여, 치료용 줄기세포의 체내 생존율 및 활성을 크게 향상시켰으며, 주요 연구성과를 Nature Photonics (IF:37.852), Progress in Polymer Science (IF:25.766), ACS Nano (IF:13.942), Nature communications (IF:12.124), Advanced Healthcare Materials, Biomacromolecules 등에 총 19건 게재하였고 국내외 특
자가조립 초분자 히알루론산 하이드로젤을 개발, 이를 줄기세포 치료제의 세포전달체로 이용하는 연구를 통하여, 치료용 줄기세포의 체내 생존율 및 활성을 크게 향상시켰으며, 주요 연구성과를 Nature Photonics (IF:37.852), Progress in Polymer Science (IF:25.766), ACS Nano (IF:13.942), Nature communications (IF:12.124), Advanced Healthcare Materials, Biomacromolecules 등에 총 19건 게재하였고 국내외 특허 출원 및 등록을 8건 진행하였음. 이를 바탕으로 2세부과제 책임기관인 ㈜제넥신과 기술실시 계약 1건을 체결 후시제품 개발을 추진 중이며, 총괄 연구 책임자가 직접 바이오벤처 기업인 PHI BIOMED를 창업하여, 본 연구에서 개발된 자가조립 하이드로젤을 다목적 고기능성 의료용 플랫폼 소재로 제품화하는 연구를 다각도로 추진 중임 (중소벤처기업부 TIPS 과제 선정).
(출처 : 요약서 3p)
Abstract
▼
Purpose & Contents
Development of self-assembled cell delivery system controlling mesenchymal stem cell differentiation
* Development of self-assembled injectable hyaluronic acid (HA) hydrogel
* Development of stem cell control factors and their monitoring for cancer and degenerative diseas
Purpose & Contents
Development of self-assembled cell delivery system controlling mesenchymal stem cell differentiation
* Development of self-assembled injectable hyaluronic acid (HA) hydrogel
* Development of stem cell control factors and their monitoring for cancer and degenerative diseases
* Control of the stem cell differentiation for cancer and degenerative diseases
* Optimization and scale-up of cell delivery system for intractable diseases
Results
· Hydrogel based optogenetic system (Nature Photonics, 2013)
· An effective stem cell treatment for cartilage treatment (Biomacromolecules, 2014)
· Long-term stem cell therapy(Adv. Healthc. Mater., 2015)
· Review of in-situ injectable hydrogel (Prog. in Polym. Sci.,2014)
· 3D printing induces bone differentiation of MSCs (Biofabrication, 2016)
· Based on more than 10 years of research, published a review paper (J. Control. Release, 2015)
· Optical medicine technology for photochemical dermal bonding (Nature Commun., 2016)
· Review paper on optical applications of hydrogels (Biotechnol. Adv., 2016)
· Hyaluronic acid derivatives for treating muscular dystrophy (Biomaterials, 2016)
· Biodegradable organic-based melanoid photoacoustic medical imaging materials (ACS Nano, 2016)
· Nano-graphene coating technology for bone regeneration (RSC Advances, 2016)
· Light control tattoo system using HA-UCNP (RSC Advances, 2017)
· Therapeutic diagnosis system using HA-DR5 (Biomacromolecules, 2016,
· Photocatalytic diagnostic system with HA-DR5-AuNP (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016)
· Stent that emits micro-bubbles with ultrasound (Small, 2017)
· Implement drug delivery system using Tocilizumab (Bioconjugate Chem., 2017)
· Wound treatment patches using HA-EGF derivatives (Biomacromolecules, 2016
· Implementation of diagnostic system for colon cancer using HA-PNA (Bioconjugate Chem., 2017)
· Compilation of research results on hyaluronic acid (Biomaterials, 2017)
· Registration of domestic patent on the base technology developed through this study. Korean Patent 10-1605528 (2016)
· The Korean President Award (Grand Prize) at Korea Invention Patent Competition (2015)
Expected Contribution
- Development of control and monitoring techniques for stem cell growth, proliferation, and differentiation using BT & NT fusion technology
- Development of self-assembled MSC delivery system using fusion technology
- Development of the preclinical candidate
- Contribution to domestic tissue engineering and pharmaceutical industries
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 3
- 요 약 문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- Index ... 6
- 목차 ... 7
- 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 8
- 1. 연구개발 목적 ... 8
- 2. 연구개발의 필요성 ... 9
- 3. 연구개발 범위 ... 11
- 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 14
- 1. 줄기 세포 치료제의 현재 임상연구 동향 ... 14
- 2. 해외 및 국내의 줄기세포 개발에서 세포전달체 연구현황 ... 14
- 3. 줄기 세포 치료제의 문제점 및 개발 현황 ... 14
- 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 16
- 1. 1차년도 연구 개발 수행 내용 및 결과 ... 16
- 2. 2차년도 연구 개발 수행 내용 ... 22
- 3. 3차년도 연구 개발 수행 내용 ... 34
- 4. 4차년도 연구 개발 수행 내용 ... 46
- 5. 5차년도 연구 개발 수행 내용 ... 54
- 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 66
- 1. 연구개발의 최종목표 ... 66
- 2. 연차별 연구개발 목표 및 내용 ... 68
- 3. 계획대비 달성도(선정 시 제시된 연구목표) ... 68
- 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 72
- 1. 사업화 추진 전략 ... 72
- 2. 사업화 추진에 따른 기대성과 ... 77
- 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 79
- 1. 하이드로젤 임플란트의 셀프힐링 기능성 연구 ... 79
- 2. 셀프힐링 의공학재료 ... 79
- 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 82
- 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 83
- 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 84
- 1. 정기 및 일상 안전점검 ... 84
- 2. 교육 훈련 ... 84
- 3. 건강 검진 ... 84
- 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 85
- 제11장. 기타 사항 ... 86
- 제12장. 참고 문헌 ... 87
- 끝페이지 ... 88
![(A) CB[6] 유도체의 합성, (B) AllylCB[6]의 Mali-TOF, (C) 1H-NMR, (D) 2D NMR(COZY) 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_17_image_95.png "(A) CB[6] 유도체의 합성, (B) AllylCB[6]의 Mali-TOF, (C) 1H-NMR, (D) 2D NMR(COZY) 분석.")
![HA-CB[6]의 합성.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_18_image_1.png "HA-CB[6]의 합성.")
![HA-CB[6]의 합성 및 spermine추가를 통한 치환율 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_18_image_2.png "HA-CB[6]의 합성 및 spermine추가를 통한 치환율 분석.")
![(A) HA-DAH의 1H NMR 데이터, (B) CB[6]의 접합을 통한 DAH peak의 이동.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_19_image_96.png "(A) HA-DAH의 1H NMR 데이터, (B) CB[6]의 접합을 통한 DAH peak의 이동.")
![HA-CB[6]/DAH 하이드로젤 형성.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_19_image_1.png "HA-CB[6]/DAH 하이드로젤 형성.")
![HA-CB[6] 하이드로젤의 SEM image.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_19_image_2.png "HA-CB[6] 하이드로젤의 SEM image.")
![HA-CB[6]의 MTT Assay.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_20_image_1.png "HA-CB[6]의 MTT Assay.")
![HA-CB[6]/DAH 하이드로젤 내에서의 Cell Viability.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_20_image_2.png "HA-CB[6]/DAH 하이드로젤 내에서의 Cell Viability.")
![CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 충진된 제대혈 유래 중간엽 줄기세포의 Calcein-AM/Ethidium homodimer를 이용한 Live/dead cell 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_24_image_1.png "CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 충진된 제대혈 유래 중간엽 줄기세포의 Calcein-AM/Ethidium homodimer를 이용한 Live/dead cell 분석.")
![Rheology meter를 이용한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤의 loss modulus 및 storage modulus 분석](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_24_image_2.png "Rheology meter를 이용한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤의 loss modulus 및 storage modulus 분석")
![(a) c(RGDyK)-CB[6] 유도체 합성 (b) c(RGDyK)-CB[6] 유도체의 1H NMR 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_25_image_97.png "(a) c(RGDyK)-CB[6] 유도체 합성 (b) c(RGDyK)-CB[6] 유도체의 1H NMR 분석.")
![DAPI 염색한 NHDF 세포주를 담지한 하이드로젤에서 c(RGDyK)-CB[6] 유도체의 유무에 따른 세포 증식 차이.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_26_image_1.png "DAPI 염색한 NHDF 세포주를 담지한 하이드로젤에서 c(RGDyK)-CB[6] 유도체의 유무에 따른 세포 증식 차이.")
![(a) Dexa-CB[6] 유도체 합성과 (b) Dexa-CB[6] 유도체의 1H NMR 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_26_image_98.png "(a) Dexa-CB[6] 유도체 합성과 (b) Dexa-CB[6] 유도체의 1H NMR 분석.")
![Dexa와 Dexa-CB[6] 유도체가 도입된 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 중간엽 줄기세포 를 Calcein AM Live cell assay를 이용해 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_27_image_1.png "Dexa와 Dexa-CB[6] 유도체가 도입된 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 중간엽 줄기세포 를 Calcein AM Live cell assay를 이용해 분석.")
![TGF-β3, Dexa와 Dexa-CB[6] 유도체를 통한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 중간엽 줄 기세포의 연골 분화유도 RT-qPCR 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_27_image_2.png "TGF-β3, Dexa와 Dexa-CB[6] 유도체를 통한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 중간엽 줄 기세포의 연골 분화유도 RT-qPCR 분석.")
![TGF-β3, Dexa와 Dexa-CB[6] 유도체를 통한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 중간엽 줄 기세포의 연골 분화유도 조직염색 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_28_image_1.png "TGF-β3, Dexa와 Dexa-CB[6] 유도체를 통한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 중간엽 줄 기세포의 연골 분화유도 조직염색 분석.")
![Matrigel 및 Matrixen과 RA-HA 유도체(R-HA)와 Dexa-CB[6] 유도체(D-CB[6])가 도입된 CB[6]-DAH HA 하이드로젤의 중간엽 줄기세포의 생존율 비교](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_29_image_1.png "Matrigel 및 Matrixen과 RA-HA 유도체(R-HA)와 Dexa-CB[6] 유도체(D-CB[6])가 도입된 CB[6]-DAH HA 하이드로젤의 중간엽 줄기세포의 생존율 비교")
![Matrigel 및 Matrixen과 RA-HA 유도체(R-HA)와 Dexa-CB[6] 유도체(D-CB[6])가 도입된 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에서 중간엽 줄기세포의 체외 특성 분석 (좌) EGFP가 도입된 중간엽 줄기세포 에 F-actin을 phalloidin-rhodamine으로 염색하고 핵을 DAPI로 염색하여 세포 형태 분석 (우) 각각 의 하이드로젤에 담지된 중간엽 줄기세포에서 치료 유전자 발현을 ELISA로 분석함.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_29_image_2.png "Matrigel 및 Matrixen과 RA-HA 유도체(R-HA)와 Dexa-CB[6] 유도체(D-CB[6])가 도입된 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에서 중간엽 줄기세포의 체외 특성 분석 (좌) EGFP가 도입된 중간엽 줄기세포 에 F-actin을 phalloidin-rhodamine으로 염색하고 핵을 DAPI로 염색하여 세포 형태 분석 (우) 각각 의 하이드로젤에 담지된 중간엽 줄기세포에서 치료 유전자 발현을 ELISA로 분석함.")
![EGFP를 도입한 중간엽 줄기세포를 담지한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤의 마우스 내에서 분 해속도 비교](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_29_image_99.png "EGFP를 도입한 중간엽 줄기세포를 담지한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤의 마우스 내에서 분 해속도 비교")
![CB[6]-DAH HA 하이드로젤을 전달체로 항암 치료유전자 IL-12M가 도입된 중간엽 줄기세포 의 항암 치료 개념도](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_30_image_1.png "CB[6]-DAH HA 하이드로젤을 전달체로 항암 치료유전자 IL-12M가 도입된 중간엽 줄기세포 의 항암 치료 개념도")
![체내에서 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 유전자조작 중간엽 줄기세포치료제의 효능평 가.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_30_image_2.png "체내에서 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 유전자조작 중간엽 줄기세포치료제의 효능평 가.")
![(a) 치료제가 주사되었던 주변조직에서 체취한 세포자연사한 세포를 TUNEL assay 로 시각화한 사진 (DAPI (청색)와 FITC (녹색)로 염색.) (G1) 중간엽줄기세포만 (G2) IL-12M가 도입된 중간엽줄기세포, (G3) Matrixen에 담지한 IL-12M가 도입된 중간엽줄기세포, (G4) CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지한 IL-12M가 도입된 중간엽줄기세포, (G5) exa-CB[6] 유도체와 RA-HA유도체가 도입된 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지한 IL-12M가 도입된 중간엽줄기세포 (bar = 1,000 μm). (b) 전체 핵의 개수(청색)에서 TUNEL 양성세포 (녹색)비율](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_31_image_1.png "(a) 치료제가 주사되었던 주변조직에서 체취한 세포자연사한 세포를 TUNEL assay 로 시각화한 사진 (DAPI (청색)와 FITC (녹색)로 염색.) (G1) 중간엽줄기세포만 (G2) IL-12M가 도입된 중간엽줄기세포, (G3) Matrixen에 담지한 IL-12M가 도입된 중간엽줄기세포, (G4) CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지한 IL-12M가 도입된 중간엽줄기세포, (G5) exa-CB[6] 유도체와 RA-HA유도체가 도입된 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지한 IL-12M가 도입된 중간엽줄기세포 (bar = 1,000 μm). (b) 전체 핵의 개수(청색)에서 TUNEL 양성세포 (녹색)비율")
![장기 반복적으로 주사한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 유전자조작 중간엽 줄기세포 치료제의 효능평가.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_31_image_2.png "장기 반복적으로 주사한 CB[6]-DAH HA 하이드로젤에 담지된 유전자조작 중간엽 줄기세포 치료제의 효능평가.")
![CB[6]-HA 합성공정 개선.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_36_image_1.png "CB[6]-HA 합성공정 개선.")
![개선된 합성공정으로 합성된 CB[6]-HA의 화학구조와 1H NMR 분석.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_36_image_100.png "개선된 합성공정으로 합성된 CB[6]-HA의 화학구조와 1H NMR 분석.")
![유도인자 Dexamethason과 접합된 CB[6]-Dexa의 하이드로젤에서 방출시험결과.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_37_image_1.png "유도인자 Dexamethason과 접합된 CB[6]-Dexa의 하이드로젤에서 방출시험결과.")
![Fluorescein을 이용해 측정한 CB[6] 및 HA 유도체의 발산 속도 측정 결과.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_37_image_2.png "Fluorescein을 이용해 측정한 CB[6] 및 HA 유도체의 발산 속도 측정 결과.")
![monoCB[6]/DAH-HA 하이드로젤 내에 담지된 중간엽 줄기세포(monoCB[6]-HA mixed with hMSCs (2.0 wt%, 5 × 106 cells in 0.2 mL) and DAH-HA (2.0 wt%, 0.2 mL)) 6주령 Balb/c nude mice 등에 S.C. 주사해서 Control(좌), dexamethasone (중), Dexa-CB[6] (우) 4주후 조직 상 태를 확인함.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_37_image_3.png "monoCB[6]/DAH-HA 하이드로젤 내에 담지된 중간엽 줄기세포(monoCB[6]-HA mixed with hMSCs (2.0 wt%, 5 × 106 cells in 0.2 mL) and DAH-HA (2.0 wt%, 0.2 mL)) 6주령 Balb/c nude mice 등에 S.C. 주사해서 Control(좌), dexamethasone (중), Dexa-CB[6] (우) 4주후 조직 상 태를 확인함.")
![(a) Dexamethasone이나 Dexa-CB[6]의 유무에 따른 monoCB[6]/DAH-HA 하이드로젤 내의 중간엽 줄기세포 분화도의 차이를 면역조직학적으로 분석 (scale bar = 100 μm). (b) COL II, COMP, SOX9, and aggrecan의 네가지 표지자를 이용하여 Western blots 유전자 발현을 분석함.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_39_image_1.png "(a) Dexamethasone이나 Dexa-CB[6]의 유무에 따른 monoCB[6]/DAH-HA 하이드로젤 내의 중간엽 줄기세포 분화도의 차이를 면역조직학적으로 분석 (scale bar = 100 μm). (b) COL II, COMP, SOX9, and aggrecan의 네가지 표지자를 이용하여 Western blots 유전자 발현을 분석함.")
![개선된 합성공정의 CB[6]-HA 생산 공정도.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_41_image_1.png "개선된 합성공정의 CB[6]-HA 생산 공정도.")
![개선된 합성공정의 CB[6]-HA 합성과정과 원료 물질 자료.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_41_image_2.png "개선된 합성공정의 CB[6]-HA 합성과정과 원료 물질 자료.")
![mono-allyloxy CB[6]의 개선된 공정에 대한 모식도.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_55_image_1.png "mono-allyloxy CB[6]의 개선된 공정에 대한 모식도.")
![mono-amino CB[6]의 개선된 공정에 대한 모식도.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_56_image_1.png "mono-amino CB[6]의 개선된 공정에 대한 모식도.")
![CB[6]-HA의 개선된 공정에 대한 모식도.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_56_image_2.png "CB[6]-HA의 개선된 공정에 대한 모식도.")
![확립된 공정으로 합성된 최종 하이드로젤 전구체 CB[6]-HA의 치환율 분석 결과.](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201800003173/TRKO201800003173_62_image_3.png "확립된 공정으로 합성된 최종 하이드로젤 전구체 CB[6]-HA의 치환율 분석 결과.")
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.