"원하는 부위에 줄기세포 유도 치료법,세계 최초 개발" World first: Homing instinct applied to stem cells show cells 'home' to cardiac tissue

World first: Homing instinct applied to stem cells show cells 'home' to cardiac tissue

Date: July 3, 2019

Source: University of Bristol

Summary:

In a world first, scientists have found a new way to direct stem cells to heart tissue. The findings could radically improve the treatment for cardiovascular disease, which causes more than a quarter of all deaths in the UK (1).

Human mesenchymal stems exhibit green fluorescence after being 'painted' by the designer protein.CREDIT University of Bristol

EurekAlert

"원하는 부위에 줄기세포 유도 치료법, 사상 처음 개발"   영국 브리스틀대의 애덤 페리만 세포분자의학 교수팀   줄기세포를 특정 기관이나 조직으로 유도하는 획기적인 재생 치료법을 영국의 과학자들이 개발했다. 비록 생쥐의 심장에 적용한 실험 결과이긴 하지만, 포유류의 줄기세포 유도에 성공한 건 사상 처음이다. 상단 이미지 설명 부착소가 달라붙자 녹색 형광을 내는 간엽 줄기세포[브리스틀대 제공] 각종 심혈관 질환 치료에 큰 도움이 될 수도 있는 이번 연구는 영국 브리스틀대의 애덤 페리만 세포분자의학 교수팀이 수행했고, 연구보고서는 저널 '케미컬 사이언스(Chemical Science)'에 게재됐다.   현재 영국에만 심장질환 환자가 7백만 명에 달하고, 각종 심혈관계 질환이 전체 사망 원인의 25%를 넘는 것으로 알려졌다. 3일(현지시간) 온라인( 링크 )에 공개된 연구개요에 따르면 지금까지 시도된 줄기세포 치료는 환자 또는 기증자의 몸에서 채취한 세포를 실험실에서 배양한 뒤 다시 환자의 손상된 조직에 주입하는 방식으로 이뤄졌다. 이런 방식이 차세대 치료법으로 주목받고 있기는 하지만, 결정적 한계는 줄기세포를 원하는 부위로 유도할 수 없다는 것이었다. 심장의 혈류는 몸 안을 돌면서 다양한 '조직 흡수 기관(tissue sinks)'을 거치며, 혈류에 섞여 함께 순환하는 세포도 예외는 아니다. 이는 다량의 줄기세포가 혈류를 타고 순환하다가 비장(지라) 등에 적체된다는 걸 의미한다. 중요한 림프기관인 비장은 면역체계에 걸린 세균이나 노화한 혈액 세포, 외부 단백질 등을 혈류에서 제거하는 기능을 한다. 페리만 교수는 "심장마비 환자의 심장에 재생치료를 할 때 줄기세포를 원하는 부위로 유도하기가 매우 어렵다"면서 "(줄기세포의) 세포막을 재처리하는 기술로 줄기세포가 선택된 조직으로 향하게 하는 게 연구의 목표였다"라고 말했다. 연구팀은, 병소를 찾아내 몰려가는 일부 박테리아 세포의 귀소(homing) 특성에 착안했다. 예컨대 패혈성 인후염을 일으키는 구강 박테리아가 혈류에 섞이면 내막염으로 손상된 심장 조직을 찾아간다는 것이다. 이런 박테리아 세포가 심장 조직으로 방향을 잡는 데 이용하는 '부착소(adhesin)'라는 단백질이 결국 실마리가 됐다. 연구팀은 이 원리를 응용해, 줄기세포 표면에 달라붙는 '세포막 결합' 인공 부착소를 생성하는 데 성공했다. 그런 다음 생쥐에 실험해, 이 방법을 쓰면 줄기세포를 심장으로 유도할 수 있다는 걸 확인했다. 페리만 교수는 "전염성 박테리아의 귀소 특성을 인간의 줄기세포에 적용할 수 있다는 걸 입증했다"면서 "내가 아는 한 포유류 줄기세포에 이런 방법을 적용해 성공한 건 처음"이라고 강조했다. (서울=연합뉴스) 한기천 기자 cheon@yna.co.kr

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In a world first, scientists have found a new way to direct stem cells to heart tissue. The findings, led by researchers at the University of Bristol and published in Chemical Science, could radically improve the treatment for cardiovascular disease, which causes more than a quarter of all deaths in the UK (.

To date, trials using stem cells, which are taken and grown from the patient or donor and injected into the patient's heart to regenerate damaged tissue, have produced promising results.

However, while these next generation cell therapies are on the horizon, significant challenges associated with the distribution of the stem cells have remained. High blood flow in the heart combined with various 'tissue sinks', that circulating cells come into contact with, means the majority of the stem cells end up in the lungs and spleen.

Now, researchers from Bristol's School of Cellular and Molecular Medicine have found a way to overcome this by modifying stem cells with a special protein so they 'home' to heart tissue.

Dr Adam Perriman, the study's lead author, Associate Professor in Biomaterials, UKRI Future Leaders Fellow and founder of the cell therapy technology company CytoSeek, explained: "With regenerative cell therapies, where you are trying to treat someone after a heart attack, the cells rarely go to where you want them to go. Our aim is to use this technology to re-engineer the membrane of cells, so that when they're injected, they'll home to specific tissues of our choice.

"We know that some bacterial cells contain properties that enable them to detect and 'home' to diseased tissue. For example, the oral bacterial found in our mouths can occasionally cause strep throat. If it enters the blood stream it can 'home' to damaged tissue in the heart causing infective endocarditis. Our aim was to replicate the homing ability of bacteria cells and apply it to stem cells."

The team developed the technology by looking at how bacterial cells use a protein called an adhesin to 'home' to heart tissue. Using this theory, the researchers were able to produce an artificial cell membrane binding version of the adhesin that could be 'painted' on the outside of the stem cells. In an animal model, the team were able to demonstrate that this new cell modification technique worked by directing stem cells to the heart in a mouse.

Dr Perriman added: "Our findings demonstrate that the cardiac homing properties of infectious bacteria can be transferred to human stem cells. Significantly, we show in a mouse model that the designer adhesin protein spontaneously inserts into the plasma membrane of the stem cells with no cytotoxity, and then directs the modified cells to the heart after transplant. To our knowledge, this is the first time that the targeting properties of infectious bacteria have been transferred to mammalian cells.

Human mesenchymal stems exhibit green fluorescence after being 'painted' by the designer protein.CREDIT University of Bristol/Phys.org

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"This new technique carries enormous potential for the seven million people currently living with heart disease in the UK."

Dr Perriman's UKRI Future Leaders fellowship is based on research funded by the Elizabeth Blackwell Institute-funded Catalyst project. He is also a member of the University's BrisSynBio, a multi-disciplinary research centre part of the Bristol BioDesign Institute, that focuses on the biomolecular design and engineering aspects of synthetic biology.

Dr Perriman is well-known for his pioneering research on the construction and study of novel synthetic biomolecular systems for regenerative engineering.

Story Source:

Materials provided by University of Bristol. Note: Content may be edited for style and length.

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190703121425.htm

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