Stem Cell Research -The Prospect - 줄기세포 연구 - 현황과 전망 - Stem Cell Research -The Prospect - ■■■■ ■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■ 한림대 의과대학 진단검사의학과 조 현 찬

Prospect of Medicine Organ Damage - Disease State - Medical Approach Pharmacol. Management Organ Transplantation Kidney, BM, Liver Heart, Pancreas, etc. Regeneration of Organ Cell Therapy By Stem Cell 1984 신장이식(한강) 1987 국내 최초 췌장이식(한강) 강동성심병원 1990 국내 최초 뇌사자 장기이식 1994 골수이식센터 (국내 6번째 지정) 1994 간이식 성공 1996 국내 최고령자 간이식 미래의학 = 재생의학 (再生醫學)

Stem Cell (줄기세포, 母細胞, 幹細胞) Totipotent stem cell 전능성(全能性) 줄기세포 =전능세포 Pleuripotent Stem Cell 만능(萬能) 줄기세포 Multipotent stem cell 다능성(多能性) 줄기세포 Embryonic Stem Cell 배아(胚芽) 줄기세포 =복수기능 줄기세포 수정 후 각종 장기로 분화하기까지 2주간의 배아(胚芽) 상태일 때 뽑아낸 원시세포 Adult Stem Cell 성체(成體) 줄기세포 =다기능 줄기세포 발생과정이 끝난 성인 또는 태반에서 얻어진 줄기세포 Stem cell plasticity 형성성(形成性, 유연성) Differentiation(분화), Proliferation(증식), Division(분열), Maturation(성장), Development(발생), Self-replication(자가증식)

Differentiation of Human Tissue (수정란) (배반포) (낭배)

In Vitro Fertilized Egg (= Zygote) Cultivated Undifferentiated Stem Cells Embryo Blastocyst Stage (5-7 days old) Inner Stem Cell Mass (Embryonic Stem Cells) Specialized Cells

Techniques for Generating Embryonic Stem Cell Cultures.

(Somatic cell nuclear transfer: SCNT) Pluripotent Human Embryonic Stem Cell Line Derived from a Cloned Blastocyst (배반포) 체세포 핵치환 (Somatic cell nuclear transfer: SCNT) 어떤 체세포라도 사용가능하며 이미 핵이 제거된 난자에 adult donor cell의 핵을 삽입하여 embryonic stem cell을 획득하는 체세포 핵치환법입니다. 복제배아

Patient-Specific Embryonic Stem Cells Derived from Human SCNT Blastocysts. Science: published online 19 May 2005 체세포 복제 방식을 통한 환자 맞춤형(patient specific) 줄기세포 확립 Evidence of a Pluripotent Human Embryonic Stem Cell Line Derived from a Cloned Blastocyst    Science 12 March 2004; 303: 1669-1674; published online 12 February 2004 황우석 교수가 세계를 놀라게 했다는 4 대 연구과제 연구대상 - 소아 당뇨병 (6세 여자) - 선천성 감마글로불린혈증 (2세 남아) - 척수손상 6명 환자 (10~56세)

체세포복제 복제배아 1) 줄기세포 또는 2) 복제인간 핵치환 복제에 의한 줄기세포 연구의 허용은 곧 인간복제도 허용. 체세포복제 복제배아 1) 줄기세포 또는 2) 복제인간 핵치환 복제에 의한 줄기세포 연구의 허용은 곧 인간복제도 허용. 줄기세포 얻기 위한 복제배아를 대리모에 심기만 하면 복제인간!

+ 배아복제의 명암(明暗) 인간복제? 동물 복제 새로운 인류 --- 클론 (시험관 아기) 낮은 효율 번식 장애 (유산, 사산, 조산) 염색체 이상 급사증후군 거대체중 증후군 기형아 출산 돌연변이 + 새로운 인류 --- 클론 (시험관 아기)

Preliminary Evidence of Plasticity Among Nonhuman Adult Stem Cells (성체줄기세포)

Quantitative & Qualitative New Concept in Stem Cell Identity Blood Stemcell Fertilized Egg Inner Cell Mass Liver Stemcell Pleuripotent Embryonic Stem Cell Multipotent Stem Cells Tissue- Specific Stem Cell Neural Stemcell Germline Stem Cells Quantitative & Qualitative Heterogeneity Muscle Stemcell Gonads

Adult Stem Cell Plasticity (줄기세포 형성성)  성체 줄기세포 분화의 유연성  조혈모세포는 경우에 따라서 다양한 조직/장기 세포로 분화한다 kidney Jankson et al (1999) Gussoni et al. (1999) Ferrari et al. (1998) Liver Poulsoom et.al. (2001) Muscle Peterson et al. (1999) Bone Marrow Stem Cell BM Stroma Orlic et al. (2001) Prockop (1997) Heart Myocardium & vessel Bjornson et al. (1999) Brazelton et al. (2000) Clarke et al. (2000 Osteoblast Chondrocyte Brain

Retro-differentiation or Trans-differentiation Stem Cell : Multipotentiality vs Plasticity Neural Stem Cell Site-specific diferentiation Blood Stem Cell Muscle Stem Cell Multipotential Stem Cell Retro-differentiation or Trans-differentiation On emergency Heart Stem Cell Liver Stem Cell

배아/성체 줄기세포의 특성 비교 세포치료 및 장기재생 배아줄기세포 성체줄기세포 분화 증식 세포분화 용이함. 증식력 강하고, 장기특이적 분화능력 증식 팽창이 어렵고 쉽게 줄기세포 성장 상실 증식력 강하고, 자가재생산 용이 암 형성할 가능성 높고 개체복제 가능성 문제

배아/성체 줄기세포의 특성 비교 성체줄기세포 배아줄기세포 필요한 장기세포로 분화유도 Site-specific Differentiatioin 분화의 문제 증식의 문제

성체 줄기세포의 다양한 공급원 골수 췌장 간장 제대혈 태반 성체줄기세포 지방 피부 근육 신경

줄기세포를 이용한 질병치료 모델

성체 줄기세포의 의학적 이용 조혈모 세포 췌상줄기 신경줄기 간엽줄기 시험단계 뇌종양 당뇨병 알츠하이머씨 병 동물실험 임상실험 (Aboody 2000) 당뇨병 (Ramiya 2000) 알츠하이머씨 병 (Fallon 2000) 파킨슨씨 병 (Yandava 1999) 척추손상 (Barnett 2000) 췌상줄기 간질 (Toda 2000) 신경줄기 척추마비 (Hofstetter 2002) 불완전 골형성증 (Horwitz 1999) 간엽줄기 퇴행성 근육질환 (Moisset 1998) 골다공증 (Dahir 2000) 골, 연골질환 (Bianco 2001) 혈관폐쇄 증후군 (Murohara 2001) 조혈모 세포 심근경색 (Orlic 2001) 간질환 (Lagasse 2000) 신장질환 (poulsom 2001) 백혈병/림프종 악성종양치료후 골수재생 (Baynes 2001) 암의 면역치료 (Childs 2000) 재생불량성 빈혈등 혈액질환 자가면역성 질환 (Burt 2002) 면역결핍질환 (Kohn 1998) 장기이식 (Starzl 1993) 선천성 대사질환

And, --- So, What? Multipotent stem cells are extremely rare The number of stem cells from one organ is limited Stem Cells are highly prone to differentiation We Need to Develop Way to purify and enrich stem cells Way to preserve stem cells Way to expand stem cells ▲줄기세포의 대량 증식 ▲원하는 세포로의 분화 ▲세포이식 후 체내에서 생존력 ▲치료받은 환자의 기능 유지 ▲이식받은 환자의 안전성 ▲면역학적 거부반응 예방 Search for the Molecular Mechanisms Regulating Stem Cell Behavior

줄기세포에 대한 기초의학 분야

2005.2

Stem Cell Biology NIH Actions Continue infrastructure award program Characterize cell lines Stimulate more research on basic biology Train investigators to culture and use stem cells

줄기세포(Stem Cell) vs 전구세포(Progenitor Cell)

Hemopoietic & Stromal Cell Differentiation

 골수간세포(CFU-GM) 배양을 이용한 급성백혈병 감별진단(1983)  골수 간질세포(BM Stromal Cell) 배양에서 벤젠유도체의 독성작용(1987)

Stem Cell Model Hematopoiesis

피부조직세포 생체외 배양을 이용한 화상환자의 치료

CONCLUSIONS