초록 ▼

연구의 목적 및 내용
골관절염의 세포/유전자 치료제 원천기술도출을 목표로 유전자치료와 세포치료 기술이 융합이 된 치료 기술의 개발을 목표로함. 이를 위해 1)연골세포로의 분화 및 연골기질의 동화작용에 관여하는 인자들이 이입된 골관절염 치료용 줄기세포/유전자 치료제를 개발하고, 개발된 세포/유전자 치료제의 효과를 검증하기 위하여 골관절염 동물모델에 세포/유전자 치료제를 이식하여 관절연골 재생 기술을 확립함. 2)골관절염의 이화작용에 관련된 인자를 억제하는 유전자가 결합된 나노구조체를 줄기세포로 전달하여 특정세포로의 분화를 유도하

연구의 목적 및 내용
골관절염의 세포/유전자 치료제 원천기술도출을 목표로 유전자치료와 세포치료 기술이 융합이 된 치료 기술의 개발을 목표로함. 이를 위해 1)연골세포로의 분화 및 연골기질의 동화작용에 관여하는 인자들이 이입된 골관절염 치료용 줄기세포/유전자 치료제를 개발하고, 개발된 세포/유전자 치료제의 효과를 검증하기 위하여 골관절염 동물모델에 세포/유전자 치료제를 이식하여 관절연골 재생 기술을 확립함. 2)골관절염의 이화작용에 관련된 인자를 억제하는 유전자가 결합된 나노구조체를 줄기세포로 전달하여 특정세포로의 분화를 유도하는 골관절염 치료를 위한 융합재생기술을 확립함.

연구개발성과
1) 1차년도 연구개발 성과
• Mini-circle polycistronic vector 제작 및 대량생산법 성립 완료
• 연골분화 촉진 동화인자가탑재된 Mini-circle polycistronic vector 제작
• 간엽줄기세포 pellet의 연골 분화 시 벡터의 유전자 발현 검증
• polycistronic vector의 구성으로 적합한 연골분화 촉진 동화인자 3발굴, 이화인자1발굴: 동화인자 (SOX5, SOX6, SOX9 등), 이화인자 (shCOX2)
• 치료 약물과 결합 가능한 생체소재의 검증
• 탑재된 염증완화약물 및 유전자의 효능률 검증
2) 2차년도 연구개발 성과
• pMC/SOX9/SOX6/shKLF10 및 pMC/SOX9/SOX6/shANGPTL4의 구축 완료
• 지방줄기세포에 electrophoresis로 도입 후 sox9, 6 유전자의 overexpression 확인 및 KLF10, ANGPTL4 유전자의 knockdown 확인 완료
• MC-SOX9_SOX6_shKLF10 및 pMC-SOX9_SOX6_shANGPTL4가 도입된 지방줄기세포의 pellet 형성 확인
• 유기 및 무기물 소재로 구성된 나노 구조체를 이용한 인자들의 탑재 확인
• 2 종류 이상의 나노 구조체를 이용한 인자들의 탑재 확인
• 유기물 및 무기물을 이용한 나노 구조체 제작 및 줄기세포 및 염증 유발세포 내로의 유전자 전달법 확립
3) 3차년도 연구개발 성과
• 세포치료 적용을 위한 두 가지 이상의 인자가 결합된 나노구조체의 개발 및 세포 내 안정성 확인
• 두 가지 이상의 인자가 결합된 나노구조체에 탑재된 인자의 세포 내 방출능 평가
• 소형동물에서 골관절염 모델 정립
• 골관절염 모델에서 pMC-SOX9_SOX6_shANGPTL4가 도입된 지방줄기세포의 안전성·유효성 확인

연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
• 연골세포의 분화에 핵심적인 기능을 하는 전사인자들의 세포내 유전자 전달을 통한 세포치료제 기술을 확립함으로서 비바이러스 전달법이 임상 치료에 이용되는 실마리를 제공하고 타 질환의 세포유전자 치료에 활용함.
• 골관절염의 세포/유전자 치료의 원천기술을 제공하고 향후 골관절염 치료용 줄기세포의 산업적 생산에 활용
• 세포치료제를 만드는 바이오 기술은 미래의 바이오산업을 이끌 원동력이자 최첨단 기술로서 앞으로의 발전이 더욱 기대되고 있는 분야이며 국내에서 효율적이고 안전한 세포치료제를 확립한다면 이 분야의 산업의 발전과 경제적 이익을 창출할 수 있고 국외 선진국들과의 기술수준을 비슷하게 끌어올릴 수 있을 것으로 기대됨.


(출처 : 국문 요약문 4P)

Abstract ▼

Purpose & Contents
The aim of this research project is to develop novel gene and stem cell-based therapeutics for the treatment of osteoarthritis.
1) Development of novel gene and stem cell-based therapeutics for the treatment of osteoarthritis using adipose-derived stem cells transfected with

Purpose & Contents
The aim of this research project is to develop novel gene and stem cell-based therapeutics for the treatment of osteoarthritis.
1) Development of novel gene and stem cell-based therapeutics for the treatment of osteoarthritis using adipose-derived stem cells transfected with pro-anabolic and anti-catabolic factors of cartilage.
• Construction of polycistronic vectors containing genes of pro-anabolic and anti-catabolic factors promoting chondrogenesis
• Study of chondrogenesis using several polycistronic vectors-transfected adipose derived stem cells
2) Development of novel therapeutics for the regeneration of cartilage evaluated by transplantation of the gene and stem cell-based therapeutics in animal models of osteoarthritis.
• Establishment of animal models of osteoarthritis
• Evaluation of the gene and stem cell-based therapeutics for the regeneration and protection of cartilage in animal models of osteoarthritis
3) Establishment of non-viral gene transfer to adipose-derived stem cells using nano-structures loaded with pro-anabolic and anti-catabolic genes of cartilage for the treatment of osteoarthritis
• Investigation of novel pro-anabolic and anti-catabolic factors of cartilage
• Development of biocompatible and biodegradable nano-structure
• Establishment of the method for loading of genes to nano-structure
• Evaluation of the anti-inflammatory activities of nano-structure loaded with polycistronic vector constructs
• Development of drug conjugated nano-structure loaded with polycistronic vector constructs

Results
□ Results of research on 1styear
○ Construction of polycistronic vectors containing genes of pro-anabolic factor for chondrogenesis
• Selection of mini-circle polycistronic vector
• Establishment of containing genes of two pro-anabolic factors for chondrogenesis
• Confirmation of gene expression of the pro-anabolic factors inserted in the polycistronic vector
○ Investigation of novel catabolic and inflammatory factors related to the destruction of cartilage matrix
○ Development of biocompatible and biodegradable nano-structures
• Investigation of synthetic or natural compounds that can be interacted with genes for cartilage repair
• Investigation of synthetic or natural compounds that can be cross-linked with drugs for cartilage repair
□ Results of research on 2ndyear
○ Construction of polycistronic vectors containing genes of pro-anabolic and anti-catabolic factors promoting chondrogenesis
• Confirmation of expression of genes inserted in the polycistronic vector
○ Study of chondrogenesis using several polycistronic vectors-transfected adipose derived stem cells
• Compare the efficiencies of several polycistronic vector constructs for the induction of chondrogenesis in adipose derived stem cells
• Selection of the optimum polycistronic vector construct can promote chondrogenic differentiation
○ Establishment of nano-structure loaded with the polycistronic vector constructs
• Confirmation of the interaction of nano-structure and polycistronic vector constructs
○ Evaluation of anti-inflammatory activities of nano-structure loaded with the polycistronic vector constructs
□ Results of research on 3rdyear
○ Establishment of animal models of osteoarthritis
• Compare of the physical (ACLT, DMM) and chemical (CFA, MIA) methods for the induction of osteoarthritis in animal
○ Evaluation of the gene and stem cell-based therapeutics for the regeneration and protection of cartilage in animal models of osteoarthritis
• Evaluation of the efficacy and safety of the gene and stem cell-based therapeutics in animal models of osteoarthritis
○ Development of novel drug-conjugated nano-structure loaded with polycistronic vector constructs
• Evaluation of drug-conjugated nano-structure loaded with polycistronic vector constructs
• Release test of genes and drugs from nano-structure

Expected Contribution
□ Expectancy effects of the research results
○ Engineering Aspects
• The purpose of this research project is to develop novel gene and stem cell-based therapeutics using non-viral gene transfer of the pro-anabolic and anti-catabolic factors for chondrogenic differentiation. Therefore, it provides the clue to be used for clinical application of non-viral gene transfer method.
• Stem cell therapies are being trialed in a number of medical conditions. The experimental field of stem cell therapy has shown promise for new types of treatment. This research project will contribute to the expansion of application field of stem-cell therapy.
• This research project will foster a well-educated and highly trained research personnel in the field of tissue engineering and regenerative medicine.
○ Economical Aspects
• This research project can accelerate the industrialization of gene and stem cell-based therapy.
• This research project is a fusion study to combine the gene/stem cell-based therapy and biomaterials.
• This research project will be able to secure a decisive competitive edge in the industrial application and effectiveness compared to other countries.


(출처 : SUMMARY 5P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1-1. 연구개발 목적 ... 9
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 9
• 1-3. 연구개발 범위 ... 13
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 19
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 20
• 3.1. 1차년도 연구수행 내용 및 결과 ... 20
• 3.2. 2차년도 연구수행 내용 및 결과 ... 34
• 3.3. 3차년도 연구수행 내용 및 결과 ... 48
• 3.4. 연구개발성과 ... 59
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 59
• 4-1. 목표달성도 ... 59
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 60
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 61
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 62
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 62
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 63
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 63
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 63
• 11. 기타사항 ... 64
• 12. 참고문헌 ... 64
• 별첨4. 실적 증빙자료 ... 67
• 별첨5. 기타 첨부서류 ... 91
• 끝페이지 ... 102