I. 연구목표
1. 인간과 마우스의 체세포에 신규 성장인자·저분자성 물질 도입을 통한 유도만능줄기세포 유도 기법 확립 및 작용 기작 규명을 통한 줄기세포 리프로그래밍 원천기술 개발.
2. nanoparticle과 magneto-nanofection을 이용한 유도 만능줄기세포 구축 효율향상과 안정성 증대를 위한 새로운 유전자 및 저분자성 물질의 발굴 및 특성 검증.
3. 리프로그래밍에 관여하는 저분자물질들을 HCS (high content screening) 방법으로 발굴하고 임상에 사용할 수 있는 안전한 유도만능줄기세포를 제작하는 방법 개발.
4. 생체재료를 이용하여 유도만능줄기세포의 분화효율을 극대화하고 이식 후 세포생착율을 극대화하여 치료 효능 개선.
5. 비유전적인 방법으로 최소한의 역분화 인자를 이용하여 질병 특이적 및 환자 특이적 유도만능줄기세포를 수립하여 병인 규명을 위한 효율적인 생체 유사 시스템 구축, 난치성 질환의 병리 기전 연구 및 새로운 약물 개발.
II. 연구내용
1. 신규 리프로그래밍 인자 발굴 및 작용기전 규명.
- 체세포를 신경줄기세포로 역분화 유도할 수 있는 새로운 유전자 선별 및 이를 대체할 수 있는 저분자성 물질을 발굴하여 Oct4 유전자를 도입하는 새로운 유도만능줄기세포 확립 및 작용기전 규명.
- Oct4를 대체할 수 있는 유전자 혹은 저분자성 물질을 발굴하고 이를 적용하여 유전자 도입이 없는 유도만능줄기세포로의 유도 기법 확립 및 특성 비교 분석.
- 인간 및 마우스 체세포에서 역분화 관련 유전자를 조절하는 저분자성 물질만을 이용하여 유도만능줄기세포주 확립.
2. 성장인자, 저분자성 물질 및 분자유전적 방법을 통한 안전하고 고효율의 리프로그래밍 증진 방법 개발.
- Magnet-based nanofection을 이용한 유도만능줄기세포주 확립 및 효율 향상.
- 유도 다능성 줄기세포 유도 효율 향상을 위한 새로운 저분자성의 발굴 및 특성검증.
- 구축된 iPS 세포의 transcriptome 및 proteome 분석을 통한 새로운 유전자, 단백질 발굴 및 이를 이용한 유도만능줄기세포 확립 효율 향상 및 기작 연구.
- 마우스 질병모델시스템에 적용 및 안전성이 확립된 역분화 세포의 조직-특이 세포로의 분화 및 치료법 개발
3. 리프로그래밍 줄기세포의 생산 및 응용기술개발.
- 세계 최첨단의 HCS (high content screening) 방법으로 리프로그래밍에 관여하는 저분자물질들의 발굴 및 기작 연구를 통해 임상에 사용할 수 있는 안전한 유도만능줄기세포의 생산 기술 개발 및 특성비교.
- 저분자화합물들을 이용하여 제작된 유도만능줄기세포를 도파민신경세포로 분화 시킨후 파킨슨 질병 모델에서의 효능 연구.
4. 생체재료를 이용하여 리프로그래밍 줄기세포의 생체내 분화 및 세포 생착율 향상 유도 기술 개발.
- 성장인자, 세포부착 및 기계적 신호를 전달하여 유도만능줄기세포 분화 극대화.
- 줄기세포의 기계적 물성과 세포의 3D 형태를 조절하여 유도만능줄기세포의 분화 제어.
- 체내에 이식된 유도만능줄기세포의 분화와 생착율을 in situ 제어.
- in vitro에서 제어된 iPS줄기세포를 질환 동물모델에 이식한 후 줄기세포의 치료 효능 개선 검증.
5. 질환 특이적 줄기세포 리프로그래밍 기술개발 및 활용기술개발.
- 비유전적 원천기술을 이용하여 난치성 질환 환자의 상피세포에서 염색체에 영향을 주지 않는 안전한 리프로그래밍 줄기 세포 확립 및 각 희귀 질환에서 영향을 받는 세포 타입으로 분화.
- 약물 개발 및 기전 연구에 제공될 시스템 구축을 위한 리프로그래밍 줄기 세포 유래 도파민 세포 및 희소돌기교세포를 대량 확보하는 방법 개발.
- 유도만능줄기세포 유래 도파민 신경전구세포와 희소돌기교세포의 전구체의 기능성 검증을 위한 동물모델에 이식 테스트.
- 테스트가 검증된 질병 특이적 유도만능줄기세포 유래 세포 모델을 기초적인 질병 유발기작 연구, 신약개발, 임상전 독성학 테스트 등에 적용 가능하도록 최적화 개발.
III. 기대효과
- 비유전자, Mageto-nanofection, HCS 방법을 통한 저분자성물질을 이용하여 임상 적용이 가능한 신규 유도만능 줄기세포로의 유도 기법 확립 및 줄기세포 리프로그래밍 원천 기술 개발 확보.
- 안전성이 확립된 유도만능줄기세포 연구는 연구 개발의 선점 및 국제 특허 출원 등을 통해 기술 경쟁력 및 지적 재산권을 높일 수 있는 고부가가치 창출.
- 면역 거부 반응 및 도입된 유전자로 인한 문제점 극복, 신약 개발 테스트 및 각종 질병과 관련된 유전자의 발굴 및 분석 등의 재료로 사용.
- 유도만능줄기세포 줄기세포의 분화율과 세포생착율을 극대화하는 기술 개발하여 치료 효능을 높이고, 환자 맞춤형 세포치료제로써 유도만능줄기세포를 활용할 수 있는 가능성을 높임.
- 유도만능줄기세포와 조직공학, 약물전달, 생체재료의 융합적인 연구의 새로운 패러다임을 제시할 것임.
- 환자 유래 리프로그래밍 줄기 세포를 이용하여 기초적인 질병 유발기작 연구 및 신약개발에 대한 강력한 모델을 제공할 것이며, 임상전 독성학 테스트에도 효과적으로 기여할 것임.
- 환자 맞춤형 줄기세포를 통해서 맞춤형 치료방법까지 제시해 줄 수 있으며 궁극적으로 여러 국내 호발성 난치질환의 치료에 새로운 가능성과 장을 열수 있을 것으로 기대함.