Mesenchymal stem cells (MSC) are of great interest for cell-based therapies and tissue engineering approaches, as these cells are capable for extensive self-renewal and display a multilineage differentiation potential. Clinical application of these cells for degenerative and age-related diseases has been accumulating. However, preparation of MSC before the onset of the diseases, it needs to develop the cryopreservation method. Most cryopreservation methods include fetal bovine serum (FBS) which is essential for effective cryopreservation. Yet it should not be used clinically because of the potential risk of infection. In the present study, we investigated whether human serum albumin (HSA), human serum (HS), and knockout serum replacement (KSR) can be used as an alternative of FBS for cryopreservation of human adipose derived stem cells (hADSC). Cells cryopreserved with 9% HSA showed much higher viability after thawing compared with cells frozen with 5% or 1% HSA. Cells cryopreserved with 90% HS or KSR exhibited greater viability than cells frozen with 25% and 5% HS or KSR, respectively. Viability of cells frozen with 9% HSA, 90% HS or 90% KSR was comparable to that with 90% FBS. Morphology and proliferation ability of these cells were not affected by cryopreservation when compared the freshly obtained cells. Cryopreserved hADSC expressed transcription factor genes including Oct3/4, Nanog, Nestin and Sox2, which are related to the self-renewal of stem cells. Flow cytometric analyses showed that both fresh and cryopreserved hADSC were positive for the antigens of HLA-ABC, CD44, CD73, CD90, and CD105, CD166, and negative for HLA-DR, CD31, and CD34. Similar to fresh cells, cryopreserved hADSC could differentiate into mesodermal lineages, adipogenic, osteogenic, or chondrogenic cells. These results suggest that 9% HSA, 90% HS or 90% KSR can be used to replace FBS during successful cryopreservation of hADSC.

The human eyelid adipose-derived stem cells (HEACs) are known as a candidate source for stem cell-based therapy. HEACs possess the ability to proliferate in vitro and multipotency to differentiate into adipogenic, osteogenic and chondrogenic cells. To be used later than the time of collection, a long-term storage is needed. In this study, we investigated stem cell characteristics after cryopreservation of HEACs for 6 months and 1 year in liquid nitrogen. Frozen-thawed stem cells have shown that cumulative cell and doubling numbers were similar to those of fresh HEACs. After thawing, HEACs expressed stem cell-related genes of SCF, NANOG, OCT4, and TERT, ectoderm-related genes of NCAM and FGF5, mesoderm/endoderm-related genes of CK18 and VIM. They also consistently expressed transcripts of the immune-related genes of HLA-ABC and β2M. To induce mesodermal differentiation, cell were cultivated in adipogenic, osteogenic or chondrogenic medium for 2～3 weeks. After each differentiation culture, HEACs expressed adipocyte-, osteocyte- and chondrocytespecific genes. They were also stained with Oil red O, von Kossa, or alcian blue, revealing adipogenic, osteogenic, or chondrogenic character, respectively. The results suggest that long-term storage up to 1 year do not affect their biological properties, HEACs may be suitable for clinical application on cell-based therapies.

사람의지방줄기세포는지방조직내에존재하는 줄기세포로 얻기 쉽고, 골수줄기세포와유사한특징을 가지고있다. 그러나 지방을 추출하는 과정, 공여자의 나이, 체질량, 추출 부위에 따라 세포의 특성이 달라지며, 이질적인 세포군을 얻게 된다. 따라서 본 연구에서는 허벅지 지방에서 유래한 줄기세포 특성 분석 및 중배엽, 내배엽성 세포로의 분화능을 알아보았다. 허벅지 유래 줄기세포는 골수줄기세포와 유사한 섬유아세포와 유사한 모양을 보였으며, 체외에서 56.5번의 분열을 하였고, 약 5×1022개의 세포를 얻을 수 있었다. 이들은 SCF, Oct4, nanog, vimentin, CK18, FGF5, NCAM, Pax6, BMP4, HNF4a, nestin, GATA4, HLA-ABC, HLA-DR과 같은 유전자를 발현하였으며, Oct4, Thy-1, FSP, vWF, vimentin, desmin, CK18, CD54, CD4, CD106, CD31, a-SMA, HLA-ABC 등과 같은 단백질을 발현하였다. 또한 이들은 지방, 골, 연골 세포와 같은 중배엽성 세포로 분화하였고, 더욱이 인슐린 분비세포와 같은 내배엽성 세포로도 분화하였다. 결론적으로, 사람의 허벅지 유래 줄기세포는 골수 줄기세포와 유사하게 체외에서 증식이 가능하였으며, 유전자 및 단백질 발현 패턴을 가지고 있었으며, 다양한 세포로 분화 가능하였다. 이러한 결과로 미루어 보아 허벅지 지방유래 줄기세포는 골수 줄기세포를 대체할 수 있는 세포치료제의 재료가 될 수 있을 것으로 사료된다.

Previously we have succeeded to isolate stem cells (HEAC) from human eyelid adipose tissue, and functionally differentiate them into insulin-secreting cells. In the present study, we examined whether insulin family members might affect the insulinogenic differentiation of HEAC. Insulin treatment during culture affected little on the insulin and c-peptide secretions from HEAC after culture. However, insulin-like growth factor (IGF) 1 treatment decreased both secretions, whereas IGF2 greatly increased the secretions in a glucose-dependent manner. HEAC treated with IGF2 showed stronger expression of Pdx1, Isl1, Pax6 and PC1/3 genes compared to the control. They also showed distinct staining with insulin and c-peptide antibodies, and dithizone. While insulin or IGF2 treatment increased total cell number by 1.3- or 1.5-fold, respectively, each treatment increased the amount of insulin secretion by 27.1- or 78.1-fold, respectively. IGF2-enhanced insulinogenic differentiation was completely blocked by an antibody against insulin receptor (IR), but not by an antibody against IGF1 receptor (IGF1R). Differentiated HEAC showed expression of both IR and IGF1R genes while they expressed neither IGF2 nor IGF2R genes. Based upon these results, it is suggested that whereas IGF1 might inhibit the insulinogenic differentiation of HEAC, insulin and IGF2 could enhance the differentiation, and that the enhancing effect could be mediated via IR.

줄기세포를 임상에 적용하기 위해서는 체외에서 증식 과정이 필수적이다. 그러나 배아줄기세포와는 달리 성체줄기세포는 체외에서 증식할 경우 일정시간이 지나면 줄기세포의 특성을 잃기 때문에 임상사용에 있어 제한점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 줄기세포의 특성을 잃지 않게 세포를 보존하는 방법이 필요하며, 본 연구에서는 탯줄 유래 줄기세포를 동결 보존한 후 해동시켜 줄기세포의 특성을 분석하였다. 사람의 탯줄 유래 세포를 분리하여 체외에서 배양한 후 2번째 또는 3번째 계대의 세포를 25% FBS와 10% DMSO가 첨가된 냉동배양액에 넣어 196℃에서 동결보존한 후, 6개월 뒤에 해동시켜 세포의 성장 속도와 유전자 및 단백질 발현을 살펴보았다. 냉동 보존한 후 세포를 해동시킨 결과74%의 생존율을 보였으며, 이 세포를 체외에서 배양하였을 경우, 냉동보존하기 전의 세포와 유사하게 방추사 모양의 섬유아세포의 형태를 나타냈다. 또한, 성장 속도 역시 냉동보존하기 전의 세포와 똑같이 10번째 계대까지 배양되었으며, 42번분열 능력을 나타냈다. RT-PCR 결과, 냉동 전후 세포 모두에서 Oct-4, nanog, SCF, NCAM, nestin, GATA4, BMP4, HLA-1 유전자는 모두 발현하였으며, Brachyury와 HLA-DR은 발현하지 않았다. 면역세포 화학 염색 결과, 배아줄기세포 단백질로 알려진 SSEA-3, -4, Oct-4 그리고 중간엽줄기세포 단백질인 Thy-1은 모두 발현하였으며, vimentin, fibronectin, HLA-1, HCAM, ICAM 모두 발현하였다. 그러나 SSEA-4과 Thy-1, vimentin, fibronectin, HLA-1는 냉동보존한 후 배양된 탯줄유래 세포에서 발현량이 증가하는 양상을 보였으며, CD44와 CD54는 감소하는 양상을 나타냈다. 또한, 조직적합성복합체 항원인 HLA-DR은 냉동보존 전후 탯줄 유래 세포에서 모두 발현하지 않았다. 이와 같이 유전자와 단백질의 발현은 냉동보존하기 전후의 탯줄 유래 세포에서 큰 차이가 없었다. 냉동 보존된 탯줄 유래 세포는 세포의 분열능력과 유전자 및 단백질의 발현이 냉동 보존 전 세포와 유사한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 냉동보존법이 임상적으로 세포 치료 시 적절한 세포의 수나 시간을 맞추는데 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 기대된다.