보고서 정보
주관연구기관 |
연세대학교 Yonsei University |
연구책임자 |
조성래
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-11 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO202000007669 |
과제고유번호 |
1711043611 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2020-09-26
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키워드 |
퇴행성 뇌질환.파킨슨 병.헌팅톤 병.차세대 유전자 가위.유전자 교정.세포/유전자 치료제.생체 외 교정.생체 내 교정.퇴행성 뇌질환 동물 모델.Neurodegenerative diseases.Parkinson’s disease.Huntington’s disease.Next generation RNA-guided endonucleases (RGENs).Gene correction.Cell and gene therapy.ex vivo correction.in vivo correction.Neurodegenerative diseases animal model.
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초록
▼
□ 연구의 목적 및 내용
1. 퇴행성 뇌질환에서 교정된 세포 이식을 통한 맞춤형 치료법 개발 - 차세대 유전자 가위를 이용하여 유전자 교정된 세포의 이식치료
2. 차세대 세포/유전자 치료제의 효능을 확인하여 생체내 근거자료를 확보 - 퇴행성 뇌질환 동물 모델에서 생체외 및 생체내 유전자 교정 치료법 시도
3. 전임상 연구를 통해 궁극적으로 임상 기반을 구축 - 퇴행성 뇌질환인 유전성 파킨슨 병 또는 헌팅톤 병 등을 대상으로 함.
(1) 1차년도(2014)
● 퇴행성 뇌질환(파킨슨 병과 헌팅톤 병) 동물 모
□ 연구의 목적 및 내용
1. 퇴행성 뇌질환에서 교정된 세포 이식을 통한 맞춤형 치료법 개발 - 차세대 유전자 가위를 이용하여 유전자 교정된 세포의 이식치료
2. 차세대 세포/유전자 치료제의 효능을 확인하여 생체내 근거자료를 확보 - 퇴행성 뇌질환 동물 모델에서 생체외 및 생체내 유전자 교정 치료법 시도
3. 전임상 연구를 통해 궁극적으로 임상 기반을 구축 - 퇴행성 뇌질환인 유전성 파킨슨 병 또는 헌팅톤 병 등을 대상으로 함.
(1) 1차년도(2014)
● 퇴행성 뇌질환(파킨슨 병과 헌팅톤 병) 동물 모델 구축
- 파킨슨 병 동물모델 B6;Cg-Tg(Prnp-SNCA*A53T)23Mkle/J (Jackson,USA)를 사용.
- 헌팅톤 병 동물모델(R6/2 transgenic mouse)-B6CBA-Tg(HDexon1)62Gpb/1J (Jackson,USA)를 사용
● 자가 세포 배양
- 질환 동물에서 섬유아세포(fibroblast) 및 지방 및 골수에서 중간엽줄기세포(MSCs) 분리 배양
● 질환 유발 유전자 변이 부위 확인
- 파킨슨 병의 경우, α-synuclein에 대한 SNCA 유전자 부위 검토
- 헌팅톤 병의 경우, huntingtin에 대한 HD 유전자 부위 검토.
(2) 2차년도(2015)
● 퇴행성 뇌질환(헌팅톤 병)에서 역분화 인자 도입을 통한 역분화 줄기세포모델을 위한 조건 확립
- 역분화 인자 도입을 위한 조건 확립을 통한 배양 및 역분화 정도 평가
● 유전자 가위 제작 및 효능 검증
- 퇴행성 뇌질환(파킨슨 병과 헌팅톤 병) 유발 유전자를 대상으로 한 유전자 가위(gRNA-Cas9, dCas9, KRAB-dCas9) 제작
- 환자 유래 세포를 이용한 유전자 가위 효능 연구
- 유전자 가위를 통한 변형 유전자 교정
● 유전자 교정 퇴행성 뇌질환 동물 유래 줄기세포 확립
- 환자 유래 섬유아세포(fibroblast)에 유전자 가위 전달 및 효능 검증
- 유전자 교정된 섬유아세포(fibroblast) 줄기세포주 확립
● 섬유아세포(fibroblast) 유래 역분화 줄기세포에 유전자 가위 전달
● 퇴행성 뇌질환(유전성 파킨슨 병과 헌팅톤 병) 내로 직접 주입을 위한 유전자 가위제작
- 유전자 가위를 발현하는 바이러스의 제작 및 발현 확인
- 바이러스에 의해 발현되는 유전자 가위가 기능하는지 검증
- 퇴행성 뇌질환(헌팅톤 병) 내로 유전자 가위 직접 주입
(3) 3차년도(2016)
● 유전자 교정된 줄기세포 이식치료 시도
- 유전자 교정된 줄기세포의 퇴행성 뇌질환 동물모델 내로의 이식치료 시도
● 대뇌 직접 이식용 세포 : 선조체 또는 뇌실 내 부위
- 섬유아세포 유래 역분화 줄기세포 및 신경전구세포(neural progenitor cells)
● 생체내 직접 이식을 통한 유전자 교정 확인
- 유전자 가위에 의한 변이 유전자 교정 여부 확인
● 퇴행성 뇌질환 치료법 확립
- 유전자 교정 치료법 이후 행동 기능평가 및 조직검사 시행
- 유전자 교정된 줄기세포의 주입을 통한 퇴행성 뇌질환 모델의 기능회복 기전 규명
● 전임상 동물실험을 통한 세포/유전자 치료법 확립
- 세포/유전자 치료제의 안전성 및 효능 연구
□ 연구결과
(1) 1차년도(2014)
● 퇴행성 뇌질환(파킨슨 병과 헌팅톤 병) 동물 모델 구축
- 파킨슨 병 동물모델 B6;Cg-Tg(Prnp-SNCA*A53T)23Mkle/J (Jackson,USA)를 사용.
- 헌팅톤 병 동물모델(R6/2 transgenic mouse)-B6CBA-Tg(HDexon1)62Gpb/1J (Jackson,USA)를 사용
● 자가 세포 배양
- 질환 동물에서 섬유아세포(fibroblast) 및 지방 및 골수에서 중간엽줄기세포(MSCs) 분리 배양
● 질환 유발 유전자 변이 부위 확인
- 파킨슨 병의 경우, α-synuclein에 대한 SNCA 유전자 부위 검토
- 헌팅톤 병의 경우, huntingtin에 대한 HD 유전자 부위 검토.
(2) 2차년도(2015)
● 퇴행성 뇌질환(헌팅톤 병)에서 역분화 인자 도입을 통한 역분화 줄기세포모델을 위한 조건 확립
- 역분화 인자 도입을 위한 조건 확립을 통한 배양 및 역분화 정도 평가
● 유전자 가위 제작 및 효능 검증
- 퇴행성 뇌질환(파킨슨 병과 헌팅톤 병) 유발 유전자를 대상으로 한 유전자 가위(gRNA-Cas9, dCas9, KRAB-dCas9) 제작
- 환자 유래 세포를 이용한 유전자 가위 효능 연구
- 유전자 가위를 통한 변형 유전자 교정
● 유전자 교정 퇴행성 뇌질환 동물 유래 줄기세포 확립
- 환자 유래 섬유아세포(fibroblast)에 유전자 가위 전달 및 효능 검증
- 유전자 교정된 섬유아세포(fibroblast) 줄기세포주 확립
● 섬유아세포(fibroblast) 유래 역분화 줄기세포에 유전자 가위 전달
● 퇴행성 뇌질환(유전성 파킨슨 병과 헌팅톤 병) 내로 직접 주입을 위한 유전자 가위제작
- 유전자 가위를 발현하는 바이러스의 제작 및 발현 확인
- 바이러스에 의해 발현되는 유전자 가위가 기능하는지 검증
- 퇴행성 뇌질환(헌팅톤 병) 내로 유전자 가위 직접 주입
□ 연구결과의 활용계획
● 본 기술은 퇴행성 뇌질환뿐만 아니라, 혈우병 및 후천성 면역 결핍증 외에 기타 치명적 만성 바이러스 감염 질환의 치료법 개발에도 응용될 수 있음.
● 본 과제에서는 최근 개발되고 있는 유전자 가위 기술을 이용하여, 생체 외 및 생체 내에서 퇴행성 뇌질환의 원인이 되는 유전자를 교정하는 기술을 개발함으로써 퇴행성 뇌질환에 대한 미충족 의료 수요를 해결하는데 기여하고자 함.
● 현재 많은 유전질환들이 치료법이 없으며, 기존의 유전자 치료법은 비 선택적 특성 때문에 임상에서 널리 적용되기 어려운 상황임. 본 연구과제는 이러한 기술적 어려움을 해결하는 방법을 개발할 것으로 예상됨.
● 본 연구의 생체 내 직접적 유전자 가위의 주입을 통한 연구 결과는 이후 세포치료제 개발 시 새로운 원천 기술 개발의 원동력이 될 것임.
● 유전자 가위 기술은 유전자 치료 뿐 아니라 생명 과학 연구의 기반 기술로서 타 분야 연구 방법으로 활용되어 생명과학 및 생명공학 기술의 개발에 기여할 수 있음.
● 유전자 가위를 이용한 줄기세포 치료법은 차세대 치료법으로써 이 분야의 기술 선점을 통해 보건의료산업 경쟁력 강화가 가능할 것임.
● 현재의 퇴행성 뇌질환 미충족 수요를 해소할 수 있는 줄기세포 치료법 개발 기술을 확보함으로써 현재 우리나라의 보건의료산업 경쟁력 강화가 가능할 것임.
● 이후 임상 접목을 통한 환자 맞춤형 특정 유전자 대상 교정 기술의 개발은 국민의 건강 증진과 노동력 향상에 기여하고, 따라서 국가 경제, 산업적 측면에서 기여 예상됨.
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
▼
□ Purpose& contents
Purpose 1. Development of using personalized treatment using self-cell transplantation in neurodegenerative diseases - Transplantation therapy of gene corrected cells using next generation RNA-guided endonucleases (RGENs) 2. Establishment of in vivo PoC to check the efficacy o
□ Purpose& contents
Purpose 1. Development of using personalized treatment using self-cell transplantation in neurodegenerative diseases - Transplantation therapy of gene corrected cells using next generation RNA-guided endonucleases (RGENs) 2. Establishment of in vivo PoC to check the efficacy of next generation cell and gene therapy - Trial of therapeutic methods using ex vivo and in vivo gene correction in animal models with neurodegenerative diseases 3. Ultimate establishment of medical trials using pre-clinical studies - Studies about neurodegenerative diseases (genetic Parkinson’s and Hungtington’s diseases)
Contents
(1) 1st year (2014)
● Establishment of an animal model for neurodegenerative disease
- Using the following Parkinson’s Disease mouse model: B6;Cg-Tg(Prnp-SNCA*A53T)23Mkle/J (Jackson,USA)
- Using the following Huntington’s Disease mouse model: R6/2 transgenicmouse)-B6CBA-Tg(HDexon1)62Gpb/1J (Jackson, USA)
● Stem cell culture
- Fibroblast cells or Mesenchymal stem cells (MSCs) were isolated and cultured
● Confirmed the mutant site in pathologic gene
- In Parkinson’s Disease, SNCA gene region for pathological α-synuclein was reviewed.
- In Huntington’s Disease, Huntington gene region for a huntingtin (htt) was reviewed.
(2) 2nd year (2015)
● Established the condition of induced pluripotent stem cells (iPSCs) through reprograming factors in neurodegenerative diseases (Huntington’s Disease)
- Through establishment of condition for applying the reprograming factors, culturing and/or induced level have been evaluated.
● Construction of genome editing tools and verification of efficiency.
- Genome editing tools (gRNA-Cas9, dCas9, KRAB-dCas9) were constructed for neurodegenerative disease (hereditary Parkinson’s and Huntington’s Disease).
- Efficiency of the genome editing tools has been studied using patient-derived cells.
- Mutant genes have been corrected by genome editing tools.
● Establishment of the stem cell from the neurodegenerative animal model with gene correction
- Genome editing tools have transduced and been confirmed of their efficiency in patients-derived fibroblast cells.
- Gene corrected fibroblast derived stem cells have been established
● Delivery of genome editing tools in the fibroblast derived iPSCs
● Construction of genome editing tools for neurodegenerative disease (hereditary Parkinson’s and Huntington’s Disease) in vivo
- Viral vectors have been constructed for genome editing tools and confirmed the expression.
- Function of genome editing tools with viral vectors has been confirmed
- Genome editing tools have been injected in neurodegenerative (Huntington’s Disease) models in vivo.
(3) 3rd year (2016)
● Transplantation trial of gene corrected stem cells
- Transplantation of gene corrected stem cells has been tried for neurodegenerative animal model in vivo.
● Transplantation cells for direct injection in the cerebrum: striatum or intraventricular zone
- Fibroblast derived induced pluripotent stem cells or neural progenitor cells
● Confirmed the gene correction via direct in vivo transplantation
- Behavioral tests and histological examinations have been operated after the gene editing therapy.
- Elucidate of the mechanism of functional recovery in neurodegenerative animal models via injection of gene corrected stem cells.
● Establishment of cell/gene therapy through pre-clinical animal experiments.
- Safety and efficiency of cell/gene therapeutic agents have been studied.
□ Result
(1) 1st year (2014)
● Establishment of an animal model for neurodegenerative disease
- Using the following Parkinson’s Disease mouse model: B6;Cg-Tg(Prnp-SNCA*A53T)23Mkle/J (Jackson,USA)
- Using the following Huntington’s Disease mouse model: R6/2 transgenicmouse)-B6CBA-Tg(HDexon1)62Gpb/1J (Jackson, USA)
● Stem cell culture
- Fibroblast cells or Mesenchymal stem cells (MSCs) were isolated and cultured
● Confirmed the mutant site in pathologic gene
- In Parkinson’s Disease, SNCA gene region for pathological α-synuclein was reviewed.
- In Huntington’s Disease, Huntington gene region for a huntingtin (htt) was reviewed.
(2) 2nd year (2015)
● Established the condition of induced pluripotent stem cells (iPSCs) through reprograming factors in neurodegenerative diseases (Huntington’s Disease)
- Through establishment of condition for applying the reprograming factors, culturing and/or induced level have been evaluated.
- Genome editing tools (gRNA-Cas9, dCas9, KRAB-dCas9) were constructed for neurodegenerative disease (hereditary Parkinson’s and Huntington’s Disease).
- Efficiency of the genome editing tools has been studied using patient-derived cells.
- Mutant genes have been corrected by genome editing tools.
● Establishment of the stem cell from the neurodegenerative animal model with gene correction
- Genome editing tools have transduced and been confirmed of their efficiency in patients-derived fibroblast cells.
- Gene corrected fibroblast derived stem cells have been established
● Delivery of genome editing tools in the fibroblast derived iPSCs
● Construction of genome editing tools for neurodegenerative disease (hereditary Parkinson’s and Huntington’s Disease) in vivo
- Viral vectors have been constructed for genome editing tools and confirmed the expression.
- Function of genome editing tools with viral vectors has been confirmed
- Genome editing tools have been injected in neurodegenerative (Huntington’s Disease) models in vivo.
□ Expected Contribution
● This technology could be adapted in development of therapies not only for neurodegenerative disease, but also hemophilia, AIDS, and other fatal viral disease.
● This study has been used the recently developed gene editing tools to edit the gene that cause the in vitro and in vivo.
● Many hereditary diseases do not have cure yet, and existing gene therapies have off-target and non-specific issues, so those are difficult to apply in clinical treatment. This study could development the method that overcome these technical problems.
● The result of this study that direct injection of gene editing tools in vivo will be a prime mover for the cell therapy development.
● Genome editing technology is not only for gene therapy, but also could be used in other biological researches, and contributed in many other research fields.
● Genome editing technology is new generation therapy, so this study could take an advantage in health care industry.
● By developing the stem cell therapy that could overcome the present problem in neurodegenerative diseases, Our national health care industry could be enhanced its competitiveness.
● Development of following study will be adapted in clinics, and provided to individual patients for certain gene editing, so this expects the contribution on the improvement and enhancement of national economy and industry.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 37
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 41
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 41
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 43
- 8. 참고문헌 ... 44
- 9. 연구성과 ... 45
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 53
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 53
- 12. 기타사항 ... 55
- [별첨1] 대 표 연 구 실 적 ... 56
- [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 71
- 끝페이지 ... 77
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