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보고서 상세정보

전기조율을 이용한 줄기세포 분화유도 신기술 개발 및 심부전 치료를 위한 임상적 적용

  • 사업명

    21세기프론티어연구개발사업

  • 과제명

    전기조율을 이용한 줄기세포 분화유도 신기술 개발 및 심부전 치료를 위한 임상적 적용

  • 주관연구기관

    고려대학교
    Korea University

  • 연구책임자

    박희남

  • 보고서유형

    2단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2008-06

  • 과제시작년도

    2007

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000012197

  • 과제고유번호

    1355049442

  • 키워드

    성체줄기세포.전기조율.심방세동.부정맥.생물학적 심박동기.adult stem cell.electrical pacing.atrial fibrillation.arrhyhmia.biological pacemaker.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Background The heart failure (HF) is the myocardial pump failure with the annual mortality of 30~50%. The prevalence of HF is 2% ...

    Background The heart failure (HF) is the myocardial pump failure with the annual mortality of 30~50%. The prevalence of HF is 2% of general population and 10% at the age over 75. The prevalence of HF has been increasing by 165% in past 20 years, and the predicted prevalence in 2040 is 8%. Clinical studies about stem cell (SC) transplantation to the patients with ischemic heart failure has been done, and their effects are not apparent. Pak et al.(1) reported that the improvement of myocardial function and differentiation of SC to myocardial cells, endothelical cells, and nerve cells in the swine ischemic heart failure model. Recently, biventricular electrical pacing (cardiac resynchronization therapy; CRT) has been enhanced as the new therapeutic modality for HF reducing the mortality (2). Also CRT-defibrillator
    might prevent the sudden death which causes 50% of death in patients with HF (3). Pak et al.(4,5) reported that multi-site ventricular pacing could terminate malignant arrhythmia utilizing minimal electrical energy. However, it has not been explored the biological and clinical synergism of human SC (hSC) transplantation and CRT for HF treatment. Because the heart works by repeatetive electrical current on cell membrane, electrical pacing might results in positive effects on SC differentiation, and
    we observed apparent morphologic changes in preliminary study. Therefore, we hypothesized that "Electrical pacing has postitive effects on hSC differentiations for HF treatment, and the simultaneous hSC transplantation and CRT will improve HF significantly in the clinical setting." Objects The destine object of this protocol is to develop the new technology for HF management utilizing simultaneous hSC transplantation and electrical pacing. Specific Aim 1: To explore the differentiation and migration pattern of hSC (both hMSC and hESC) by electrical pacing. Specific Aim 2: To develop the technology for hSC transplantation and pacing lead fixation by pericardial approach. Specific Aim 3:
    To define the stem cell mobilization after titrated cardiac injury and the prognostic factor of atrial fibrillation.
    Methods Method 1: We will culture hMSC and hESC in the semisolid hydrogel with electrical pacing and evaluate their cellular effects. Method 2: We will develop the techniques for percutaneous sub-xyphoid pericardial access, cell transplantation, lead fixation utilizing endoscopy, and compare the scar area with non-contact epicardial mapping. Method 3: We will perform clinical study for stem cell mobilzation during radiofrequency catheter ablation of atrial fibrillation and define the prognostic factors for recurrence. Expected Results Our preliminary data showed electrical pacing affects the morphology of hMSC. We expect the electrical pacing has positive effects in the differentiation and migration of hSC. The development of pericardioscopic approach will make it possible the cell transplantation and epicardial lead fixation simultaneously. We expect that hSC transplantation and CRT will improve HF with
    minimal adverse effects by prevention of leathal arrhythmia. Expected Products We will secure the international competition power and independent R&D power by developing new technology for hSC differentiation, applicable to the clinical medicine directly. These technologies might contribute the
    development of new therapeutic strategy for HF, reducing the mortality. This project will develop the medical device for pericardial approach, make patents, and work as bridge connecting the projects for the development of Korean pacemaker which can replace the high cost foreign pacemaker. This projects will produce well-trained medical R&D man power.


    가. 전기조율을 이용한 세포분화 및 이동양상에 관한 연구
    1) In vitro 연구 결과
    가) 배양된 성체줄기세포에서 전기조율은 줄기세포의 형태, 분화에 영향을 끼치지 못함.
    나) 전기조율을 시행한 성체줄기세포 배양...

    가. 전기조율을 이용한 세포분화 및 이동양상에 관한 연구
    1) In vitro 연구 결과
    가) 배양된 성체줄기세포에서 전기조율은 줄기세포의 형태, 분화에 영향을 끼치지 못함.
    나) 전기조율을 시행한 성체줄기세포 배양에서 NGF-ß 및 VEGF는 불변,Cx40/43는 감소
    2) In vivo 연구결과
    가) hMSC는 개 심장에 이식 후 면역거부반응의 징후없이 4주간 engraftment됨.
    나) hMSC 심장세포치료 후 40%에서 심실성 부정맥으로 인한 급사가 관찰됨.
    다) 세포치료 후 4주간 생존한 동물의 심장조직에서 심장교감신경의 현저한 증가가 관찰됨.
    라) 세포치료 후 4주간 생존한 동물의 심장조직에서 NGF-ß 및 VEGF의 증가가 관찰됨.
    마) in vitro 실험결과와 비교하여 paracrine action에 의한 기전임을 증명.
    나. 심외막 접근 세포이식법의 개발
    1) 최소침습적 심외막 접근법 및 줄기세포 이식법의 개발
    가) 최소침습적 경피적 심낭천자를 이용한 심외막 내시경적 삽입술 개발
    나) 심외막 내시경을 이용한 최소침습적 심외막 줄기세포 이식술 개발
    2) 최소침습적 경피적 심낭천자를 이용한 심실재동기화 치료목적 심외막 전극고정법의 개발
    다. 정량화된 심장손상을 이용한 부정맥 시술시 줄기세포 이동 및 예후인자 색출 (임상연구)
    1) 정량화된 심장 손상 후 줄기세포의 이동양상
    가) 심방세동 근치를 위한 고주파 전극도자 절제술 후 CD34+cell이 말초혈액에서 증가함.
    나) CD34+cell의 증가는 투여된 고주파 에너지 및 심장손상의 정도와 비례함.
    다) CD34+cell의 증가는 좌심방의 심근 전압 (voltage)가 낮고 균일할 수록 증가함.
    2) 심방세동 예후인자의 색출
    가) 심방세동 시술 후 matrix 단백체의 증가 및 SDF-1, E-selectin, TGF-ß, TNF-a 변화.
    나) 심방세동 시술 (> 50례) 후 예후인자 가능성이 있는 단백체/CD34+cell 정량분석 종료.
    다) 향후 시술 6개월 이상 경과 후 재발률을 분석하여 예후인자 예측 단백체 색출 예정.
    라. 생물학적 심박동 세포치료 (biological pacemaking cell therapy) 기반기술 축적
    1) HCN2 유전자 클로닝 및 발현벡터로의 유전자 도입
    가) 생물학적 심박동 기능성 줄기세포주 획득을 위한 If 전류 형성 유전자 (HCN2) 클로닝.
    나) HCN2 cDNA 획득은 5‘지역 GC sequence가 클로닝을 방해하여 아직 불안정한 결과.
    다) pcDNA3.1은 강한 전사활성을 가지는 CMV promotor를 보유하여 일시적인 HCN2 발현
    라) pLNCX2는 CMV promotor 및 viral packaging signal을 가지고 있어, chromosome에 끼어들어가 안정적인 발현.
    마) 부가적으로 발현되는 HCN2 유전자를 세포내에서 관찰하기 위하여 N 말단기에 FLAG 표적자로 발현 관찰
    바) HCN2 발현벡터를 293T 세포주에 도입 후 그 발현을 Western blot으로 확인.
    2) HCN2 발현 성체 줄기 세포주 선별
    가) HCN2 발현 벡터를 성체줄기세포로 도입 후, Fugene 6로 유전자 발현 검증
    나) 발현 벡터 중 neomycin에 저항성 줄기 세포주를 선별예정.
    다) retrovirus를 이용한 동일한 실험 기법으로 유전자 발현과 효과를 평가예정.
    라) Patch clamp 기법으로 hyperplarization current의 확인 및 자율신경 반응성 확인예정.


  • 목차(Contents) 

    1. 제출문...1
    2. 보고서 초록...2
    3. 요약문...3
    4. Summary...6
    5. CONTENTS...8
    6. 목차...9
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ...10
    8. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...11
    9. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...12
    10. ...
    1. 제출문...1
    2. 보고서 초록...2
    3. 요약문...3
    4. Summary...6
    5. CONTENTS...8
    6. 목차...9
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ...10
    8. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...11
    9. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...12
    10. 가. 전기조율을 이용한 세포분화 및 이동양상에 관한 연구 ...12
    11. 나. 심외막 접근 세포이식법의 개발 ...12
    12. 다. 정량화된 심장손상을 이용한 부정맥 시술시 줄기세포 이동 및 예후인자 색출(임상연구) ...12
    13. 라. 생물학적 심박동 세포치료 (biological pacemaking cell therapy) 기반기술 축적 ...12
    14. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...14
    15. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...15
    16. 가. 2단계 전임상 연구를 통해 미분화된 성체줄기세포를 이용한 심장 세포치료는 심실성부정맥의 위험이 있음을 확인하고, 연구방향을 수정 ...15
    17. 나. 심장 질환 예후 판정 인자로서의 줄기세포 활용 계획 ...15
    18. 다. 기능성 줄기세포 치료 ...15
    19. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...16
    20. 제7장 참고문헌 ...17
  • 참고문헌

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