성체 줄기세포를 이용한 인슐린 분비세포로의 분화 유도방법
제1형 당뇨병은 인슐린 의존적 당뇨병으로서, 인슐린을 분비하는 췌장의 베타세포가 자가 면역 반응에 의해 파괴되어 체내 인슐린의 부족으로 인해 유래되는 질병이다. 인슐린은 우리 몸에서 혈액 내에 있는 당의 항상성을 유지시켜 주는 작용을 하고, 인슐린이 생산되지 못할 경우, 혈액 내 당의 농도가 높아지게 되고 신장, 신경, 망막 등과 같은 여러 장기의 기능을 손상시키는 합병증을 유발할 수 있다. 제1형 당뇨병의 치료는 지속적으로 인슐린 주사를 맞거나 다른 사람의 췌장이나 베타세포를 이식 받는 등의 방법이 있으나, 전자의 경우 근본적인 치료방법이 될 수 없고 평생 주사를 맞아야 하는 고통이 따르며, 그 효과 역시 지속적이지 않다. 또한 후자의 경우도 타인의 췌장을 이식 받는 수술이 필요하기 때문에 조직의 사용에 있어 많은 제한점을 가지고 있고, 재발하는 자가 면역 반응에 의해 이식된 세포가 다시 파괴될 수 있다는 한계를 가지고 있다. 최근 많은 연구들이 줄기세포를 이용한 세포치료제 개발에 중점을 두고 있으며, 대표적인 줄기세포로는 배아줄기세포와 성체줄기세포를 들 수 있다. 배아 줄기세포는 체외에서 인슐린을 분비하는 세포로 분화가 가능하며, 이 세포들을 당뇨쥐에 이식했을 경우 고혈당을 치료할 수 있다는 연구보고들이 있다 [Fujikawa et al., 2005; D'Amour et al., 2006]. 그러나 배아 줄기세포는 임상적용에 있어 이식했을 경우 암이 발생할 수 있다는 큰 단점을 가지고 있다 [Kroon et al., 2008]. 현재까지, 외배엽 기원 전구세포로부터 인슐린을 발현하는 세포로 분화가 가능하다는 보고 [Hori et al., 2005]와 췌장관 세포 (Pancreatic ductal cells)에서 유래한 상피세포가 췌장의 섬과 같은 구조로 분화가 가능했다는 보고 [Bonner et al., 2000]가 있다. 그러나 전자의 경우, 신경구 세포주 (Neurosphere cell line)을 사용하여 분화를 유도하였으며, 소의 인슐린을 배양액에 첨가하였기 때문에 그 효율성의 입증이 어려우며, 후자의 경우 관 조직 (Ductal tissue)에서 얻을 수 있는 줄기세포의 양이 극히 제한적이라는 단점이 있다. 특히, 배아 줄기세포의 경우 인슐린이 포함되어 있는 배양액에서 분화를 유도할 경우, 분비된 인슐린은 배양액에 있는 인슐린을 흡수하여 다시 내놓는다는 보고가 있으며, 이 사실은 이런 세포들이 인슐린이 분비될 때 함께 잘려지는 씨‐펩타이드를 분비하지 않는다는 결과로 입증되었다 [Rajagopal et al., 2003; Hasson et al., 2004]. 따라서, 최근 많은 연구들이 배양액에 인슐린을 첨가하지 않고 분화를 유도하는 시도를 하고 있으며, 현재까지 아래의 도표에서처럼 최근에는 탯줄과 제대혈에서 유래된 줄기세포를 이용하여 인슐린을 분비하는 세포로 분화를 보고한 논문이 있다. 그러나 탯줄 유래 세포의 경우 24시간 동안 분비된 인슐린의 양이므로 체내에서 당이 대사되는 시간인 2시간에 비해서 너무 긴 시간이며 그 수치 역시 현저히 떨어지며, 제대혈에서 유래한 줄기세포의 역시 그 양이 적을 뿐 아니라 포도당의 농도와 상관없이 인슐린을 분비한다는 한계점을 가지고 있다. 따라서 배양액에 인슐린을 첨가하지 않고도 높은 효율로 인슐린을 분비할 수 있는 분화방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 기술은 사람의 성체줄기세포를 이용한 인슐린분비세포로의 분화 유도방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 눈 피하지방조직으로부터 분리해 낸 줄기세포를 분화유도 배양액에서 배양시키되, 이 배양액 내 포도당 농도를 고농도에서 저농도로 처리하고, 배양액에는 이전 연구에서 분화 확인에 있어 논쟁이 되고 있는 ITS 혼합액 (Insulin, transferrin 그리고 selenium 혼합액)을 제외하고 섬유아세포 성장인자-2 (Fibroblast growth factor-2), 니코티나마이드 (Nicotinamide), 글루카곤 유사 펩타이드 (Glucagon‐like peptide-1), 액티빈 에이(Activin A), 인슐린 유사 성장인자-1,-2 (Insulin like growth factor-1,-2)와 같은 싸이토카인 (Cytokine)과 성장인자 (Growth factor)를 첨가하는 2단계 배양법을 사용하여 종전 연구와는 차별적인 방법으로 인슐린 분비 효율이 높은 배양법을 개발한 것이다.
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