Exosomes from neural crest-derived stem cell for neuronal regeneration

Abstract

파킨슨병은 알츠하이머와 함께 전세계적으로 유병률이 높은 진행성 신경 퇴행성 질환으로서, 흑질로부터 선조체로 도파민 신경의 연결이 퇴화함에 따라 도파민의 공급 및 작용이 부족해져 발생하는 질환이다. 치명률이 높고 환자의 삶의 질을 떨어뜨리는 질병으로 이에 대한 치료법 개발이 요구되고 있지만 현재까지 치료법이 개발되어 있지 않다. 부족한 도파민을 인위적으로 공급하여 증상을 경감시키는 현재 약물 치료의 한계를 극복하기 위하여 세포대체요법이 연구되어왔고, 세포대체요법을 이용해 나타난 치료 효과는 줄기세포의 주변분비작용이 그 메커니즘일 것으로 여겨져 왔다. 한편, 신경능선 유래 줄기세포는 체외에서도 탁월한 세포증식 능력을 보이고, 다른 공급원에서 유래한 줄기세포에 비해 신경세포 특이적으로 분화하는 비율이 높다. 신경능선 유래 줄기세포의 우수한 생리 활성 효과를 바탕으로, 신경능선 유래 줄기세포의 배양액으로부터 분리한 엑소좀의 신경 재생 능력을 통한 파킨슨병 치료 효과를 연구하였다. 신경능선 유래 줄기세포의 배양액으로부터 초원심분리법을 이용해 엑소좀을 분리하였고, 투과전자현미경과 동적빛산란 기기를 이용해 크기 분포와 모양을 확인하였다. 인간 중뇌 유래 신경세포와 신경아세포종 세포를 이용한 도파민 신경세포 모델에서는 엑소좀 처리시 투여한 양에 비례하여 도파민 신경 세포의 수가 증가하는 경향을 보였다. 신경능선 유래 줄기세포로부터 분비된 엑소좀이 도파민 신경세포에 대해 세포 분열 촉진 효과가 있음을 확인하였다. 또한, 엑소좀은 도파민 신경세포 모델에 투여 시 신경돌기의 성장을 촉진하였다. 기존의 신경돌기 성장촉진인자로 알려진 물질들과도 비등한 효과를 나타내어, 다양한 메커니즘을 통해 신경 재생을 촉진함으로써 파킨슨병 치료에 새로운 방향을 제시할 수 있을 것으로 보인다. 도파민 세포를 특이적으로 사멸하는 유기인계 농약 물질을 이용해 만든 파킨슨 세포 모델에서 엑소좀은 신경세포 보호 효과를 나타내었다. 본 연구에서는 세포실험을 통해 엑소좀의 다양한 신경 재생효과를 확인하였으며 엑소좀의 파킨슨병 치료제로서의 가능성을 보여주었다.;To find novel approach to treat Parkinson’s disease, cell replacement therapy has been explored and paracrine effect of stem cells have been thought to therapeutic mechanism. Neural crest-derived stem cells (NCSC) are shown to have good ex-vivo proliferative capacity and be able to undergo sufficient differentiation than stem cells from other sources. This study hypothesized exosomes from NCSC have beneficial function to treat PD. Exosomes from NCSC were isolated by differential ultracentrifugation method and characterization was performed via electron microscopy and dynamic light scattering. Mitogenesis, neurotrophic effect and neuroprotection effect of exosomes were tested with LUHMES cell and SH-SY5Y human neuroblastoma cell line. Exosomes from NCSC increased proliferation of both cell lines. Neurite of dopaminergic cell line became longer, suggesting exosome has neurotrophic effect on dopaminergic neuronal cell. In addition, neuroprotection effect was also proved using MPP+-induced parkinsonian model cell. These results demonstrate that exosomes from NCSC have promising potency to be a novel therapeutic approach to PD.