Regulating proliferation and differentiation of stem cells through the physical and chemical modification of cell culture plate :세포배양 표면 개질을 통한 줄기세포의 증식 및 분화 효율 조절

박광숙

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 박광숙 (차의과학대학교, 차의과학대학교 대학원)

발행연도: 2014

저작권: 차의과학대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수0

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

Regulating proliferation and differentiation of stem cells through the physical and chemical modification of cell culture plate

박광숙 의생명 2014.01 학위논문

2012

The charged hydrogels to enhance the proliferation and erythropoietic differentiation of human hematopoietic stem cells

박광숙 , 안종찬 , 김현옥 외 1명 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2012.04 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

발생부터 세포 사멸까지 세포 운명과 세포부착, 세포 모양, 증식, 분화와 같은 세포거동은 세포 외부 미세환경에 존재하는 생화학적 신호와 생물리학적 신호에 의해 조절된다. 줄기세포는 세포 활성을 유지시키는, ‘niche''라는 특정한 미세환경에 둘러싸여 있다. 특히 줄기 세포는 골수 혹은 제대에 존재하는 niche와 물리적, 화학적 상호작용을 통해 지속적으로 자극받는다. 세포 미세환경의 사이토카인, 탄성, 지형, 전하 등을 조절함으로써 줄기세포 운명을 조절할 수 있다. 본 연구에서는 물리적, 화학적으로 개질된 기능성 세포 배양 표면을 사용하여 지방유래 줄기세포 및 조혈모 줄기세포를 분화시키고자 하였다.
첫 번째 연구에서는 연잎 표면 구조 (lotus leaf surface structure, LLSS)를 이용하여 폴리스티렌 세포 배양 표면을 모사하였고, 여기에서 지방유래 줄기세포의 부착 및 세포 모양, 세포 증식, 분화 등의 세포 거동을 조사하였다. 평면에 비해 LLSS 표면에서 더 높은 세포 부착정도를 보였으나, 세포 증식률에는 큰 변화를 보이지 않았다. LLSS 표면에서 배양된 지방유래 줄기세포는 상대적으로 덜 뻗은 세포 모양을 보였으며 세포골격이 덜 형성되어 있어 평면보다 상대적으로 더 작은 크기의 세포 크기를 보였다. RT-PCR과 조직화학적 염색을 통한 결과에서 평면에 비해 LLSS 표면에서 지방유래 줄기세포의 지방세포 분화가 더 높게 유도되는 반면, 연골세포 분화와 골세포 분화는 더 감소되었다.
두 번째 연구에서는 효율적이고 경제적으로 생산된 니켈 스탬프를 이용한 핫엠보싱 공정을 통해 nanopore (NPo) 구조와 nanopillar (NPi)구조를 가진 나노구조표면을 이용하였다. 이렇게 제작된 표면 위에서 지방유래 줄기세포의 부착, 세포 모양, 증식, 분화 등 세포 거동을 관찰하였다. 평면과 비교하였을 때, NPo, NPi 표면 구조가 줄기세포의 모양에는 큰 영향을 미치지 않았다. 그러나, NPo와 NPi 구조가 서로 다른 integrin의 발현을 유도하였으며, 평면에 비해 국소 부착 단백질 복합체를 적게 형성하고 있음을 발견하였다. 그리고 NPo 구조 위에서 배양한 지방유래 줄기세포는 지방세포 분화가 향상되었으며, NPi 구조는 골세포 분화를 향상시키는 효과를 지님을 발견하였다.
세 번째 연구에서는 배양 용기에 poly-L-lysine (PLL)을 코팅하였을 때 조혈모 줄기세포와 배양 표면의 정전기적 상호작용이 세포의 증식 및 분화능, 적혈구 분화 등에 끼치는 영향을 조사하였다. 고농도의 PLL을 코팅하였을 때, 조혈모 줄기세포의 증식 뿐만 아니라 적혈구 분화를 향상시키는 효과가 있음을 발견하였다. 또한 PLL 표면 코팅을 통한 최종 탈핵 기작에 대한 모델도 제시할 수 있었다.
종합해보면, 이러한 결과들로부터 물리적 혹은 화학적으로 개질된 세포 배양 표면이 줄기세포 분화를 향상사킬 수 있는 유망한 접근이 될 수 있을 것으로 기대된다.

Both cell fate from development to death and behaviors such as adhesion, morphology, proliferation, and differentiation are regulated by biochemical and biophysical cues in the extracellular microenvironment. Especially, stem cells are continuously stimulated by physical and chemical interactions in the specialized microenvironment called the ‘stem cell niche’. In order to regulate the stem cell fate, the microenvironment can be mimicked by modification of the cytokine composition, elasticity, topography, and/or charge. In this study, I utilized physically or chemically modified cell culture substrate for stem cell differentiation of human mesenchymal stem cells or hematopoietic stem cells.
In the first study, I fabricated polystyrene substrates with lotus leaf surface structure (LLSS) and investigated cell behaviors, including attachment, morphology, proliferation, and differentiation of adipose-derived stem cells (ASCs) on them. Compared to the flat substrate, the LLSS substrate induced higher cell attachment rate, but did not significantly change the cell proliferation rate. In addition, ASCs on the LLSS substrate exhibited relatively narrower spreading morphology and less organized cytoskeleton, there by resulting in smaller sizes of cells than those on the flat substrate. According to histochemical staining and RT-PCR analysis, the LLSS substrate induced higher adipogenic differentiation of ASCs than the flat substrate, while chondrogenic and osteogenic differentiation were decreased.
In the second study, I report an efficient and cost-effective method of fabricating polystyrene (PS) nano-featured substrates containing nanopore (NPo) and nanopillar (NPi) arrays based on hot embossing using nickel nano-stamps. I investigated the behavior of ASCs including adhesion, morphology, proliferation, and differentiation, on the replicated PS surfaces. Compared to a flat substrate, NPo- and NPi-featured substrates did not alter the morphology of stem cells. However, it was found that both NPo- and NPi-featured substrates induced different integrin expression and lower formation of focal adhesion complexes. In addition, ASCs on the NPo-featured substrate exhibited greater adipogenic differentiation, while the NPi-featured substrate induced higher osteogenic differentiation.
In the third study, I hypothesized that a poly-l-lysine (PLL) substrate could increase the expansion and erythroid differentiation of hematopoietic stem cells (HSCs) through the substrate-cell electrostatic interactions. The current study first employed various concentrations of PLL to optimize the cell culture conditions for HSC expansion and differentiation. The obtained results then permitted us to propose a terminal enucleation mechanism for RBC production during the erythroid differentiation of HSCs.
Taken together, these results demonstrate that physical or chemical modification of cell culture substrate would be a promising approach followed by enhancement of stem cell differentiation. )

#Adipose-derived stem cell #hematopoietic stem cell #differentiation #topology #poly-l-lysine #integrin #erythroid differentiation #enucleation #electrostatic interaction

Ⅰ. GENERAL INTRODUCTION 1
1. STEM CELLS 2
A. Mesenchymal stem cells 2
B. Hematopoietic stem cells 3
2. STEM CELL NICHE 6
3. DIFFERENTIATION OF STEM CELLS 7
A. Conventional methods for stem cell differentiation 7
B. Modification of culture substrate for stem cell differentiation 9
Ⅱ. EFFECT OF REPLICATED POLYMERIC SUBSTRATE WITH LOTUS SURFACE STRUCTURE ON ADIPOSE-DERIVED STEM CELL BEHAVIORS 14
1. ABSTRACT 14
2. INTRODUCTION 14
3. MATERIALS AND METHODS 16
A. Fabrication of Nickel Mold Insert Using Natural Lotus Leaf 16
B. Replication of PS Substrates with LLSS and Flat Surface 17
C. Contact Angle Analysis 17
D. Isolation of ASCs 17
E. Scanning Electron Microscope (SEM) Analysis 18
F. Cell Viability and Size Analysis 18
G. Immunocytochemistry 18
H. ASC Differentiation on LLSS and Flat Substrates 19
I. Histological Analysis 19
J. Reverse Transcriptase - Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) 20
K. Statistical Analysis 20
4. RESULTS 21
A. Characterization of Replicated LLSS Substrate 21
B. Cellular Behaviors of ASCs on LLSS and Flat Substrate 23
C. ASC Differentiation on LLSS and Flat Substrate 28
5. DISCUSSION 32
6. CONCLUSION 35
Ⅲ. MASS-PRODUCIBLE NANO-FEATURED POLYSTYRENE SURFACES FOR REGUALTING THE DIFFERENTIATION OF HUMAN ADIPOSE-DERIVED STEM CELLS 36
1. ABSTRACT 36
2. INTRODUCTION 36
3. MATERIALS AND METHODS 38
A. Fabrication Scheme for PS Nano-featured Substrates 38
B. Fabrication of Nano-templates 39
C. Fabrication of Nickel Nano-stamps 40
D. Replication of PS Nano-featured Substrates 40
E. Histological staining and Quantification of Differentiation Level 42
F. RT-PCR and Real Time PCR 43
G. Statistical Analysis 44
4. RESULTS 45
A. Fabrication and Characterization of Nano-featured Substrates 45
B. Behaviors of ASCs on Nano-featured Substrates 48
C. Differentiation of ASCs on Nano-featured Substrates 50
D. Integrin Expression of ASCs in Response to Nano-featured Substrates 53
5. DISCUSSION 54
6. CONCLUSION 57
Ⅳ. POLY-L-LYSINE INCREASES THE EX VIVO EXPANSION AND ERYTHROID DIFFERENTIATION OF HUMAN HEMATOPOIETIC STEM CELLS, AS WELL AS ERYTHROID ENUCLEATION EFFICACY 59
1. ABSTRACT 59
2. INTRODUCTION 59
3. MATERIALS AND METHODS 61
A. Isolation of umbilical cord blood CD34+ cells 61
B. Ex vivo expansion of CD34+ cells 62
C. Division test using carboxyfluorecein succinimidyl ester 62
D. Colony-forming assay for multipotent of HSCs 62
E. Erythroid differentiation of CD34+ cells 63
F. Fluorescence-activated cell sorting analysis 63
G. Wright-giemsa staining and benzidine staining 64
H. Immunocytochemistry 64
I. RT-PCR and real time PCR 65
J. Functional analysis of hemoglobin 65
4. RESULTS 65
A. Ex vivo expansion and differentiation of HSCs on PLL substrates 65
B. Comparison of PLL and other substrates for ex vivo expansion of HSCs 69
C. Erythroid differentiation and RBC production on PLL substrates 70
D. Enucleation efficacy and direction of enucleation on the 0.01% PLL substrate 74
E. Comparison of PLL and other substrates for erythroid differentiation of HSCs 76
5. DISCUSSION 78
6. CONCLUSION 81
Ⅴ. GENERAL　CONCLUSION 82
REFERENCES 84
ABSTRACT IN KOREAN

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)