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iPSC란 무엇입니까?

유도만능줄기세포(iPSC) 피부나 혈액세포와 같은 성체의 체세포에서 유래한 줄기세포의 일종입니다. 그들은 성인 세포를 배아와 같은 다능성 상태로 재프로그래밍하여 인체의 모든 유형의 세포를 무제한으로 개발할 수 있도록 함으로써 생성됩니다. iPSC는 2006년 일본 교토 대학의 Shinya Yamanaka가 이끄는 연구팀에 의해 처음 발견되었습니다. 노벨상 2012년 iPSC에 대한 그의 작업

iPSC는 어떻게 만들어지나요?

iPSC는 바이러스 형질도입을 포함한 유전 공학 기술을 사용하여 특정 유전자를 성인 체세포에 도입하는 재프로그래밍이라는 프로세스를 통해 생성됩니다. 리프로그래밍에 일반적으로 사용되는 4개의 유전자는 Oct2, Sox4, KlfXNUMX 및 c-Myc입니다. 그런 다음 형질감염된 세포를 적절한 배지 조건 하에서 영양층에서 배양하고 리프로그래밍 인자의 발현 후 세포를 배아 유사 상태로 재설정합니다. 생성된 iPSC는 배양되어 심장 세포 또는 신경 세포와 같은 특정 세포 유형으로 분화되도록 지시될 수 있습니다.

iPSC의 응용 프로그램은 무엇입니까?

iPSC는 연구 및 의학 분야에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 가장 유망한 연구 분야 중 하나는 질병 모델링입니다. iPSC는 자가 재생이 가능하기 때문에 이러한 세포는 질병을 연구하기 위한 질병 모델 준비에 사용할 수 있는 모든 유형의 세포로 쉽게 분화할 수 있습니다. 예를 들어, iPSC는 유전적 질병 또는 알츠하이머병 및 파킨슨병과 같은 복잡한 질병을 가진 환자로부터 생성될 수 있으며, 이를 통해 연구자들은 질병의 메커니즘을 더 잘 이해하고 새로운 치료법을 개발할 수 있습니다.

iPSC는 약물 발견 또는 세포독성 연구에도 사용되고 있습니다. 그들은 특정 질병을 치료할 수 있는 능력에 대해 많은 수의 화합물을 스크리닝하는 데 사용할 수 있으므로 약물 개발 프로세스를 가속화하고 동물 실험의 필요성을 줄일 수 있습니다. iPSC는 또한 독성이 있는 화합물을 식별하기 위해 독성학 테스트에 사용되며 더 나은 화학 안전성 평가를 위한 동물 실험의 대안을 제공합니다.  

세포 치료 및 재생 의학에서 iPSC는 광범위한 질병 및 상태를 치료할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 심장 질환, 당뇨병, 척수 손상과 같은 상태를 치료하는 데 사용할 수 있는 손상되거나 병든 조직을 대체하기 위해 건강한 세포를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

iPSC의 장점은 무엇입니까?

iPSC는 다른 유형의 줄기 세포에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. iPSC는 환자 자신의 세포에서 생성될 수 있기 때문에 치료 용도로 사용할 때 면역 거부 반응의 위험이 줄어듭니다. 이 개인화된 접근 방식은 개별 환자에게 보다 효과적이고 표적화된 치료로 이어질 수 있습니다. iPSC는 또한 배아 줄기 세포의 사용과 관련된 윤리적 문제를 피합니다. 또 다른 이점은 질병을 유발하는 돌연변이를 정상적인 게놈 서열로 변형시키는 유전자 표적화 능력입니다. 다재다능함으로 인해 iPSC는 신체의 모든 유형의 세포로 향하고 분화될 수 있으므로 재생 의학 및 질병 모델링을 위한 매력적인 도구가 됩니다.

세포외 기질 – iPSC 배양에서 중요한 요소

MEF 또는 마우스 배아 섬유아세포는 일반적으로 iPSC 배양에서 피더 레이어로 사용됩니다. MEF는 마우스의 배아 단계에서 파생된 일종의 결합 조직 세포이며 일반적으로 iPSC의 성장 및 분화를 지원하는 피더 레이어로 사용됩니다. MEF는 iPSC가 성장하고 분화하는 데 필요한 필수 성장 인자 및 기타 분자의 공급원 역할을 합니다.

MEF는 일반적으로 iPSC 배양을 위한 피더 레이어로 사용되지만 이 접근 방식에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 예를 들어, MEF는 준비 및 유지가 어려울 수 있으며 병원체 또는 기타 원치 않는 세포에 오염될 위험이 있습니다. 또한 동물 유래 피더 레이어를 사용하면 윤리적 문제가 제기되고 인간의 iPSC 임상 사용이 제한될 수 있습니다.

Matrigel은 iPSC 배양에서 일반적으로 사용되는 또 다른 세포외 기질(ECM)입니다. 마우스 육종 세포에서 파생된 상업적으로 이용 가능한 ECM이며 라미닌, 콜라겐 IV 및 헤파란 설페이트 프로테오글리칸을 포함한 ECM 단백질의 복잡한 혼합물을 포함합니다. Matrigel은 iPSC 성장 및 분화를 지원하는 데 매우 효과적이지만 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 마우스 육종 세포에서 파생되기 때문에 그 구성은 로트마다 다르며 iPSC 동작에 영향을 미칠 수 있고 결과의 재현성에 영향을 미칠 수 있는 알려지지 않은 요인을 포함할 수 있습니다. MEF와 마찬가지로 iPSC 배양에서 동물 유래 제품을 사용하면 윤리적 문제가 제기되고 iPSC의 임상 적용이 제한될 수 있습니다.

iMatrix-511은 iPSC 문화를 향상시킵니다.

Laminin-511은 ECM의 주요 구성 요소이며 iPSC 문화에서 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. iPSC 배양을 위한 중요한 ECM임에도 불구하고, laminin-511은 큰 분자량과 heterotrimeric 성질 때문에 대규모 생산에는 적합하지 않습니다. 이와 같이 Sekiguchi 교수 그룹은 재조합 단편을 개발하고 생산했습니다. 라미닌-511(E8 단편) 온전한 라미닌-511의 인테그린 결합 활성을 완전히 유지합니다.

'라고 불리는 재조합 단편아이매트릭스-511', 온전한 라미닌-511에 비해 두 가지 중요한 이점이 있습니다. 첫째, 크기가 작기 때문에 iMatrix-511은 온전한 laminin-511보다 대량 생산이 더 쉽습니다. 둘째, iMatrix-511은 단일 세포 해리 후 인간 만능 줄기 세포의 접착 및 확장을 확보하기 위해 온전한 laminin-511보다 더 강력합니다.

iMatrix-511은 "사전 혼합 방법” 세포를 접종하기 전에 사전 코팅이 필요하지 않고 iMatrix-511의 절반만 있으면 됩니다. iMatrix-511을 사용하는 새로운 방법은 미리 코팅된 방식에 비해 세포 접착 및 장기 확장을 지원하여 비용과 시간이 적게 소요되는 hPSC 유지 관리가 가능합니다.

iPSC 외에도 iMatrix-511은 hESC 및 인간 기본 세포에 사용할 수 있습니다. iMatrix-511은 많은 연구자들이 널리 사용하고 있으며 동료 검토 기사. iMatrix-511은 FDA와 유사한 일본 정부 기관인 PMDA(Pharmaceutical and Medical Devices Agency)의 생물학적 성분 표준을 충족하는 임상 등급으로도 제공됩니다. 이 규정은 세계에서 가장 엄격한 규정 중 하나이며 iMatrix-511MG는 규정 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 이식을 포함하여 일본에서 많은 주목을 받는 임상 응용 분야에 사용되었습니다. 각막 상피 ​​세포 시트. 임상 iMatrix-511은 또한 GMP와 호환되므로 RUO 등급 iMatrix-511을 사용하는 기본 연구에서 임상으로 원활하게 이동할 수 있습니다. 전반적으로 iMatrix-511은 성장을 촉진하고 세포 생존율을 높이는 강력한 도구로 iPSC 배양을 간단하고 안정적으로 만듭니다!

참고자료

미야자키, T., 후타키, S., 스에모리, H. et al. 라미닌 E8 단편은 해리된 인간 다능성 줄기 세포의 효율적인 접착 및 확장을 지원합니다. Nat Commun  3, 1236 (2012). https://doi.org/10.1038/ncomms2231

미야자키, T., 이소베, T., 나카츠지, N. et al. 코팅되지 않은 라미닌 절편을 이용한 인간 만능줄기세포의 효율적인 부착배양 Sci Rep 7, 41165(2017). https://doi.org/10.1038/srep41165

모라디, S., 마흐디자데, H., 샤리치, T. et al. 유도만능줄기세포(iPSCs) 연구 및 치료: 사회적, 법적, 윤리적 고려사항. 줄기 세포 Res Ther 10, 341(2019). https://doi.org/10.1186/s13287-019-1455-y

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