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BioWave  Vol. 15 No. 2
차의과학대학교 의생명과학과 줄기세포공학 연구실   이수홍 교수
실험실 소개  
본 연구실은 경기도 성남시 분당구에 위치한 차의과학대학교 의생명과학과 줄기세포공학 연구실입니다. 교수님 1분과 박사후 연구원 3명, 석/박사과정 4명, 연구원 2명으로 이뤄진 연구실입니다. 성체 및 배아줄기세포와 최근 역분화줄기세포 등의 다양한 줄기세포의 분화효율 증대와 조직공학적 기법을 적용한 조직재생 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 본 연구실의 목표는 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.

첫 번째, 목표는 임상적용이 가시화되고 있는 골격계질환의 치료를 위해 필요한 골/연골세포를 환자치료에 적합할 정도로 대량으로 생산하는 기법을 확립하는 것입니다. 이를 위해 자가유래 연골조직과 골/연골로 분화할 수 있는 지방유래 중간엽줄기세포를 활용하여 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 지난 수년간 여러종류의 유전자 (BMP signal 관련, TGF receptor, 노화억제 유전자 등) 의 조절을 통한 골/연골세포의 대량생산 가능성에 대한 가시적인 성과를 얻었고, 이를 Biomaterials와 Journal of controlled release등의 저널에 보고한바 있습니다. 최근에는 임상적용을 가속화하기 위해 유전자 조절방식이 아닌 새로운 접근방법도 시도하고 있습니다.

두 번째 목표는 미래의 세포치료제로 무한한 가능성을 인정받고 있는 배아/유도만능줄기세포를 임상적용 가능한 수준으로 대량 배양하는 기법을 확립하는 것입니다. 이를 위해 다공성막을 이용하여 줄기세포와 지지세포를 분리한 상태로 미분화증식에 성공한바 있으며 이는 Stem cells와 Biomaterials등의 저널에 보고된바 있습니다.

그 외에 patterning, electrospinning 등의 마이크로/나노 스케일의 미세환경 조절 기술로 부터 세포배양 substrate를 제작하여 줄기세포의 미분화/분화를 평가하고 메커니즘을 규명하는 연구를 함께 진행하고 있습니다. 향후, 줄기세포와 조직공학은 두개의 축으로서 재생의료분야에서 핵심적인 역할을 담당하게 될 것입니다. 줄기세포와 조직공학을 함께 다루고 있는 본 줄기세포공학 연구실은 두 가지 학문의 융합을 통해 새로운 패러다임을 창조할 수 있는 다양한 기회를 제공 할 수 있으리라 기대합니다.

연구분야  
1. 골/연골세포 대량생산

노화억제 유전자를 이용한 연골세포 대량생산 (자가 유래 연골세포 이용)

- 자가 유래 연골세포이식은 대량의 세포를 이식해야 합니다. 이에 따라 충분한 세포의 확보를 위해 연골조직 채취 후 세포의 배양기간이 길어 질 수 있고, 세포 배양 기간 중 연골세포에 탈분화(Dedifferentiation) 및 노화(Senescence)가 이루어져 정상적인 기능을 가지는 관절연골을 재생시키지 못하는 경우가 자주 발생하게 됩니다. 따라서 이러한 자가 유래 연골세포이식 치료법의 문제점을 극복할 수 있도록 정상/탈분화 자가연골세포를 이용한 연골세포 치료제 개발 방법에 관한 연구가 절실히 요구됩니다. 본 연구에서는 연골세포의 배양기간이 길어짐에 따라 stress modulator gene인 Wip1 (Wild type p53 inducible phosphatase)이 감소되는 것을 발견하였고, Wip1을 연골세포의 노화 및 탈분화를 지연 시키는 인자로서 활용하여 연골조직 재생의 정도를 평가 하였습니다.

수용체 조절을 통한 연골세포 분화 증진 (중간엽 줄기세포 이용)

- 본 연구에서는 줄기세포의 분화를 조절하는 TGF-β receptor I/II 동시조절을 통해 줄기세포의 외부환경에 대한 민감도를 조절하여 줄기세포의 연골세포 분화를 촉진하는 새로운 방법을 개발하였습니다. 본 연구는 기존의 ligand에 집중되던 연구에서 벗어나 receptor 자체의 조절만으로도 줄기세포의 분화를 조절할 수 있다는 새로운 가능성을 보여주었습니다.

Bicistronic vector system에 의한 유전자도입을 통한 골/연골 분화 촉진 (중간엽줄기세포 이용)

- 줄기세포 분화관련 특정 유전자의 동시발현 시스템을 활용하여 연골 및 골분화 효율이 증진된 중간엽줄기세포주를 확립하였습니다. 본 연구를 통해 기존의 개별 유전자 전달시스템에 비교하여 두 개의 유전자를 정량적으로 equivalent 하게 세포에 도입할 수 있는 강력한 수단을 획득하였습니다.

2. 배아줄기세포 대량생산

다공성막을 이용한 배아/유도만능 줄기세포주의 미분화 배양

- 배아/유도만능 줄기세포 배양과정에서 지지세포에 처리되는 세포성장억제제 및 공배양 과정중 효소처리는 줄기세포에 유전자변형을 유발하여 향후 줄기세포의 임상적용에 큰 장벽이 될 수 있습니다. 다공성 막을 이용한 줄기세포 배양방법은 세포성장억제제 및 효소처리 없이도 안정적으로 배아줄기세포의 증식을 가능케 하는 새로운 배양방법입니다.

연구성과  
2007년 이후 대표논문

  • Cha BH, Lee JS, Kim SW, Cha HJ, Lee SH (2013)
    Modulation of oxidative stress in chondrocyte by Wip1 alleviates senescence and dedifferentiation of chondrocytes during expansion.
    Biomaterials, 34:2380-8

  • Kang SW, Do HJ, Han IB, Shin DA, Kim HO, Kim JH, Lee SH (2012)
    Increase of chondrogenic potentials in adipose-derived stromal cells by co-delivery of type I and type II TGFβ receptors encoding bicistronic vector system.
    J Control Release, 160(3):577-82

  • Choi EH, Park HS, Park KS, Park KS, Kang SW, Han IB, Shin DA, Lee SH (2011)
    Differentiation of adipose-derived stromal cells co-cultured with nucleus pulposus cells having different phenotypes under various culture systems.
    Tissue Engineering, 17(19-20):2245-51

  • Hwang ST, Kang SW, Lee SJ, Lee TH, Suh W, Shim SH, Lee DR, Taite LJ, Kim KS, Lee SH (2010)
    The expansion of human ES and iPS cells on porous membranes and proliferating human adipose-derived feeder cells.
    Biomaterials, 31:8012-21

  • Lee SJ, Kang SW, Do HJ, Han I, Shin DA, Kim JH, Lee SH (2010)
    Enhancement of bone regeneration by gene delivery of BMP-2/Runx2 bicistronic vector into adipose-derived stromal cells.
    Biomaterials, 31:5652-9

  • Kim S, Ahn SE, Lee JH, Lim DS, Kim KS, Chung HM, Lee SH (2007)
    A novel culture technique for human embryonic stem cells using porous membranes.
    Stem Cells, 25(10):2601-9

  • Lee SH, Shin H (2007)
    Matrix and Scaffold for Delivery of Bioactive Molecules in Bone and Cartilage Tissue Engineering.
    Advanced Drug Delivery Review, 59:339-59

  •  
      
      지도교수 : 이수홍 교수

       Research Professor / Post Doctor : 안종찬, 권대기
       Ph. D. candidate : 김진수, 박광숙, 차병현
       M. S. candidate : 강광식, 문보경
       Research assistant : 권현정, 신경애
       Co-researchers : 신동아, 박한수, 한인보

      Contact : 031-8017-9419 (Tel.) | Homepage
     
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