골수유래 간엽간세포로부터 신경양세포로의 분화

Abstract

[한글]

일반적으로 골수 내 존재하는 간엽간세포의 수는 매우적어 단핵세포 (mononuclear cell) 1×106개 중 2~5개 정도의 비율을 차지한다고 알려져 있어 정상적으로 인체 내에 간엽간세포 수가 1×106개 정도일 것으로 추정된다. 그러나 골수로부터 분리 및 배양이 비교적 간단하고 생체 외(ex vivo)에서의 증식력도 우수하여 줄기세포의 특징을 소실하지 않으면서 10억 배 이상으로 증식시킬 수 있다.

간엽간세포는 다기능적이며 세 개의 배아층에서 분화되는 모든 세포들로 자라는 특성이 있다. 신경세포로의 분화가 가능한 세포들을 찾아내는것은 세포적 치료에 무한한 가능성을 주고 있다. 본 연구에서 우리는 골수에서 유래된 간엽간세포가 신경세포적 분화가 유도가능한지에 대하여 알아보았다. 우리는 인간의 간엽간세포가 상피성장인자, 간세포성장인자, 혈관내피성장인자가 포함된 매질에서 배양시 신경학적 분화에 대해 기술하였다. 본연구에서 분화된 세포 집단들에서 신경세포 특이 표지자를 찾기위해 위상차 현미경, 역전사 PCR, 면역형광, 면역세포화학을 사용 분석하였다. 이런 배양 조건에서 간엽간세포는 여러 가지의 신경아교세포에 특이적인 표지자를 표현하는 신경 세포 표현형으로 유도되었다. 본연구에서 골수 유래 간엽간세포의 증식 및 신경양세포 분화 능력은 골수유래간엽간세포의 퇴행성 신경질환 및 뇌졸중 등과 같은 질환에서 폭넓은 세포치료제로의 적용 가능성을 보여주었다. 기존의 여러 화학물질을 이용한 화학적 신경양세포 분화유도방법은 화학 물질의 독성 때문에 임상 시험에 적용하는 데 많은 제약이 따르게 된다. 이와는 대조적으로 본 연구에서 사용된 상피성장인자, 혈관내피성장인자 및 간세포성장인자는 우리 몸에서 분비되는 성장인자임으로 이를 이용한 분화유도방법은 안전성이 높아, 추후에 신경양세포로 분화 유도시킨 세포를 임상적 치료방법으로 적용함에 있어서 제한이 적을 것으로 판단된다. 또한 자가의 골수에서 유래하므로 면역 거부 반응 등의 심각한 문제없이, 적은 양의 골수에서 많은 신경양세포를 얻을 수 있어 임상에 치료법으로 매우 유용하게 적용할 수 있을 것이다.

앞으로 이와 같이 골수 유래 간엽간세포로부터 분화된 신경양세포의 특징을 분자생물학적 및 생리학적으로 기존의 신경세포와 비교분석이 필요하며, 이들의 이식 가능성과 동물에서의 분화 가능성에 대한 연구가 필요할 것으로 생각된다.

[영문]

Generally, population of mesenchymal stem cells (MSCs) are very small, and there are only 2~5 cells in every 1×106 mononuclear cells. Normally, it is suggested that about 1×106 MSCs are present in human body. However, they are easily cultured and extracted from bone-marrow. Also, their proliferation capability is excellent that without losing its stem cell characteristics, their number can be grown 1 billion times greater than the original number.

Mesenchymal stem cells (MSC) are multipotent and give rise to distinctly differentiated cells from all three germ layers. The identification of cells capable of neuronal differentiation has great potential for cellular therapies. We examined whether bone marrow-derived MSCs can be induced to undergo neuronal differentiation. We described here the neural-like differentiation of human MSCs induced by culturing in a medium comprising epidermal growth factor, hepatocyte growth factor, and vascular endothelial growth factor. The differentiated cell populations under study were analyzed by means of phase-contrast inverted microscopy, RT?PCR, immunofluorescence, and immunocytochemistry to identify the expression of neural specific markers. This culture condition induced MSCs to exhibit a neural cell phenotype, expressing several neuro-glial specific markers.

The ability to proliferate and differentiate into neuron like cells of bone-marrow derived MSCs showed possibility of their wider application in cellular therapy of many diseases such as neurodegenrative disease and cerebral infarct. However, preexisting methods of chemically inducing neuron-like cells with several chemical factors have limitations in clinical application due to its toxicity. On the contrary, epidermal growth factor, vascular endothelial growth factor, and hepatocyte growth factor used in this experiment are factors that are secreted in human. Thus, once MSCs are induced to differentiated into neuron like cells, it is considered safe and less limitations to apply clinically, and MSCs derived from autologous source of bone-marrow also pose no serious immunologic threats to patient. Lastly, it is possible to obtain large quantity of neuron like cells in small volume of bone marrow. Therefore, MSCs' potential in therapeutical application is clinically valuable.

In future, the authors considered that neuron like cells differentiated from bone-marrow derived MSCs are needed to be compared and analyzed with preexisting neuronal cells physiologically and molecular biologically, and studies on their transplantation possibility and differentiation capability in animal model are further required.