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KR20240078988A - Composition for promoting organoid maturation - Google Patents

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KR20240078988A
KR20240078988A KR1020220161808A KR20220161808A KR20240078988A KR 20240078988 A KR20240078988 A KR 20240078988A KR 1020220161808 A KR1020220161808 A KR 1020220161808A KR 20220161808 A KR20220161808 A KR 20220161808A KR 20240078988 A KR20240078988 A KR 20240078988A
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KR
South Korea
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cardiovascular
organoids
composition
maturation
organoid
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Pending
Application number
KR1020220161808A
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Korean (ko)
Inventor
임도선
노지민
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
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Priority to PCT/KR2023/011678 priority patent/WO2024117455A1/en
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Abstract

본 발명은 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물 및 이의 용도에 관한 것으로, 본 발명에서 LIMK가 미성숙된 심혈관 오가노이드에서 심근세포의 성숙을 촉진하고, 혈관 네트워크 형성을 촉진하여 혈관화된 성숙한 심실타입 심혈관 오가노이드가 제조되는 것을 확인하였으므로, 이를 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물로 이용할 수 있으며, 이를 이용하여 제조한 성숙된 심혈관 오가노이드는 인공 심장, 질환 모델링, 약물 스크리닝, 신약 독성평가 등에 유용하게 활용할 수 있다.The present invention relates to a composition for maturing cardiovascular organoids and its use. In the present invention, LIMK promotes maturation of cardiomyocytes in immature cardiovascular organoids and promotes vascular network formation to form vascularized mature ventricular type cardiovascular organoids. Since it has been confirmed that it is manufactured, it can be used as a composition for maturing cardiovascular organoids, and the mature cardiovascular organoids manufactured using it can be usefully used in artificial hearts, disease modeling, drug screening, and toxicity evaluation of new drugs.

Description

심혈관 오가노이드 성숙 촉진용 조성물{Composition for promoting organoid maturation}{Composition for promoting organoid maturation}

본 발명은 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to compositions for maturing cardiovascular organoids and uses thereof.

허혈성 심장질환은 전세계적으로 매우 높은 유병률을 보이고 있으며, 단일질환 전체 사망원인 중 1위를 차지하고 있다. 한국 역시 사회·경제적인 발전과 서구화된 생활습관으로 인하여 허혈성 심장질환 환자들이 급증하고 있다. 더욱이 중증의 말기 심부전 환자의 경우, 심장이식술이나 기계적 좌심실 보조장치 이외에는 완치법이 없는 실정이다. 하지만 공여장기의 부족, 장기확보의 어려움, 높은 사망률 및 고가의 치료비용 등의 문제점을 가지고 있다. Ischemic heart disease has a very high prevalence worldwide and ranks first among all single diseases causing death. In Korea, the number of patients with ischemic heart disease is also rapidly increasing due to socio-economic development and westernized lifestyles. Moreover, for patients with severe end-stage heart failure, there is no cure other than heart transplantation or mechanical left ventricular assist device. However, it has problems such as lack of donor organs, difficulty in securing organs, high mortality rate, and expensive treatment costs.

인체의 손상된 조직을 재건하기 위한 이식방법에는 이종이식, 동종이식, 자가이식이 있다. 이종이식은 면역 부적합성 및 레트로바이러스를 포함하는 인수공통 병원체 전달의 문제를 갖는다. 또한, 동종이식은 제공자의 면역거부 및 이용불가능성의 문제를 가지며, 자가이식은 필요한 양만큼의 적절한 조직을 얻기 어려우며 환자에 대한 외상의 증가의 문제를 가진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 인공 대체물이나 세포를 배양하여 조직화시킨 것을 그대로 이식하려고 하는 기술이 주목받고 있다. 여러 종류의 세포로 분화할 수 있는 미분화 세포인 인간 다능성 줄기세포는 심근세포로 분화 가능하며, 2차원 배양 시스템에서 생성된 인간 다능성 줄기세포 유래 심근세포에 관한 많은 연구를 진행하고 있다. 이러한 인간 다능성 줄기세포 유래 심근세포는 심장발달, 약물 스크리닝, 질병 모델링 및 심장 회복 연구에 광범위하게 사용될 수 있다. 하지만, 기존 2차원 배양 시스템으로부터 생성된 인간 다능성 줄기세포 유래 심근세포는 배아 또는 태아 단계와 유사한 구조적 및 기능적으로 미성숙한 특성을 나타내기 때문에 성숙한 성인 심근세포와 달리 질병 모델링, 약물 스크리닝 및 심장 독성을 위한 활용에 한계점을 갖고 있다. 2004년 순수한 세포 자체를 이용하여 제작한 셀 시트(cell sheet)를 이용한 망막 재생에 관한 연구가 New England journal of Medicine에 발표된 뒤 조직공학 분야에서 세포만을 이용한 3차원 인공조직에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 조직공학 분야에서 최근 인공 조직보다 주목받고 있는 것이 인공 장기 또는 미니 장기라고 불리는 오가노이드(organoid)이다. 현재 생체 내 여러 장기의 줄기세포에서 유래하는 다양한 종류의 오가노이드 모델이 구축되어 있으며, 재생의학이나 세포치료제로써 오가노이드에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 오가노이드는 줄기세포로부터 발생 및 분화를 통하여 형성된 3차원 세포 구조체로서, 해당 장기의 구조적, 기능적 특성을 재현하는 소형 장기 모사체이다. 오가노이드는 3차원 세포 구조체로서 조직을 구성하고 있는 다양한 세포로 구성되어 있고 세포외 기질(ECM, extracellular matrix), 세포 유형 및 가용성 인자를 포함하는 미세 환경을 제공해 주어 기존의 2차원 배양 시스템보다 우수한 심장 조직을 형성할 수 있다는 점에서 최근에 주목받고 있다. 따라서, 기초 생물학 연구 분야에서부터 신약개발, 질병 모델링, 재생 치료 등 다양한 응용 연구 분야에 이르기까지 폭넓게 활용되고 있다. 자가조직화는 외부의 압력 없이, 세포 간의 상호작용을 통해 스스로 조직화를 만들어내는 현상을 말한다. Transplantation methods for reconstructing damaged tissues in the human body include xenotransplantation, allogeneic transplantation, and autotransplantation. Xenotransplantation has the problems of immune incompatibility and transmission of zoonotic pathogens, including retroviruses. In addition, allogeneic transplantation has the problem of immune rejection and unavailability of the donor, and autotransplantation has the problem of difficulty in obtaining appropriate tissue in the required amount and increased trauma to the patient. In order to solve these problems, technologies that attempt to transplant artificial substitutes or cultured and organized cells are attracting attention. Human pluripotent stem cells, which are undifferentiated cells that can differentiate into various types of cells, can differentiate into cardiomyocytes, and much research is being conducted on human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes generated in a two-dimensional culture system. These human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes can be widely used in cardiac development, drug screening, disease modeling, and cardiac recovery research. However, unlike mature adult cardiomyocytes, human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes generated from existing two-dimensional culture systems exhibit structurally and functionally immature characteristics similar to embryonic or fetal stages, making them suitable for disease modeling, drug screening, and cardiotoxicity. There are limitations to its use. In 2004, a study on retinal regeneration using cell sheets made using pure cells itself was published in the New England Journal of Medicine, and research on three-dimensional artificial tissues using only cells has been actively conducted in the field of tissue engineering. It is becoming. In the field of tissue engineering, organoids, also called artificial organs or mini-organs, are receiving more attention than artificial tissues recently. Currently, various types of organoid models derived from stem cells of various organs in vivo have been constructed, and research on organoids as a regenerative medicine or cell therapy agent is actively underway. Organoids are three-dimensional cell structures formed through development and differentiation from stem cells, and are small organ mimics that reproduce the structural and functional characteristics of the organ. Organoids are three-dimensional cell structures that are composed of various cells that make up tissues and provide a microenvironment containing extracellular matrix (ECM), cell types, and soluble factors, making them superior to existing two-dimensional culture systems. It has recently attracted attention because it can form heart tissue. Therefore, it is widely used in various applied research fields such as basic biology research, new drug development, disease modeling, and regenerative therapy. Self-organization refers to the phenomenon of creating self-organization through interactions between cells without external pressure.

심장발달 과정은 줄기세포로부터 심혈관 전구 세포로의 분화를 거쳐 첫 번째 및 두 번째 심장 필드, 심장 루핑(looping heart) 및 챔버 형성(chamber formation)을 거쳐 자가조직화한다. 심장 오가노이드는 자가조직화 능력이 있어 생체 내 심장을 모방하여 효과적으로 생성되나, 산소 및 영양소 분포를 촉진하는 혈관 네트워크 형성이 부족하므로 배양 배지에 의존 및 장기간 배양이 불가능하고, 생체 내 장기를 구현하기 어렵다. 따라서, 성숙화된 혈관 네트워크를 포함하는 오가노이드를 확립하기 위해서 많은 연구자는 혈관내피세포를 공배양하거나, 외인성 혈관 유도 인자를 처리하여 혈관을 포함하는 오가노이드를 확립하였다. 하지만, 신체 내 자가조직화를 구현하기 위해서는 혈관내피세포를 공배양하거나, 외인성 혈관 유도 인자를 처리하지 않고 인간 다능성 줄기세포로부터 심장을 구성하는 다양한 세포로의 동시 분화를 유도하는 것이 심장발생 및 심장조직을 모사하는 것에 중요하다. 배아 발생 과정 동안 수정란으로부터 외배엽(ectoderm), 내배엽(endoderm) 및 중배엽(mesoderm)을 포함하는 삼배엽(three germ layer)으로 분화 과정을 거쳐 기관형성 과정동안 모든 세포와 기관을 형성하게 된다. 이러한 삼배엽 중에서 심장과 혈관은 중배엽에 속한다. 따라서, 혈관 네트워크를 포함하는 심장 오가노이드 형성을 위해서는 인간 다능성 줄기세포로부터 중배엽으로의 효율적인 분화 유도가 중요하다. 종래의 연구에서는 심혈관 오가노이드를 생성할 때 세포 응집체의 크기가 중요한 매개변수라고 보고하였다. 세포 응집체는 심혈관 오가노이드로 유도하기 전에 세포 응집체의 크기 (200 μm - 450 μm)를 최적화하기 위해 일반적으로 4 - 7일 동안 배양하였다. 그러나 배양 기간이 길어질수록 인간 다능성 줄기세포 마커 (OCT4, NANOG 및 SOX2)의 발현은 점진적으로 감소하는 반면, 삼배엽 마커의 발현은 증가하였다. 즉, 세포 응집체의 장기간 배양은 특정 세포 유형에 대한 외부 자극 없이 삼배엽으로의 자발적 분화를 유도할 수 있으며, 이러한 자발적인 삼배엽으로의 분화는 외배엽과 내배엽으로의 분화를 억제시키는 반면, 중배엽 계통으로의 특이적인 분화 유도를 통해 생성되는 심혈관 오가노이드의 고효율 제작을 방해하는 요인이 될 수 있다.The process of cardiac development progresses through differentiation from stem cells into cardiovascular progenitor cells and self-organization through first and second cardiac fields, looping heart, and chamber formation. Cardiac organoids have the ability to self-organize and are effectively produced by mimicking the heart in vivo. However, they lack the formation of a vascular network that promotes oxygen and nutrient distribution, so they depend on the culture medium, cannot be cultured for long periods of time, and are difficult to implement in vivo. . Therefore, in order to establish organoids containing mature vascular networks, many researchers have established organoids containing blood vessels by co-culturing vascular endothelial cells or treating them with exogenous vascular inducing factors. However, in order to achieve self-organization in the body, it is necessary to co-culture vascular endothelial cells or induce simultaneous differentiation from human pluripotent stem cells into various cells that constitute the heart without treating exogenous vascular inducing factors, which can contribute to cardiogenesis and cardiac development. It is important for replicating an organization. During embryonic development, a fertilized egg undergoes differentiation into three germ layers including ectoderm, endoderm, and mesoderm, forming all cells and organs during organogenesis. Among these three germ layers, the heart and blood vessels belong to the mesoderm. Therefore, efficient induction of differentiation from human pluripotent stem cells into mesoderm is important for the formation of cardiac organoids containing vascular networks. Previous studies have reported that the size of cell aggregates is an important parameter when generating cardiovascular organoids. Cell aggregates were typically cultured for 4 - 7 days to optimize the size of the cell aggregates (200 μm - 450 μm) before derivation into cardiovascular organoids. However, as the culture period lengthened, the expression of human pluripotent stem cell markers (OCT4, NANOG, and SOX2) gradually decreased, while the expression of tripartite markers increased. That is, long-term culture of cell aggregates can induce spontaneous differentiation into the tripoderm without external stimulation for specific cell types, and this spontaneous differentiation into the tripoderm inhibits differentiation into the ectoderm and endoderm, whereas it can induce differentiation into the mesoderm lineage. This may be a factor that hinders the highly efficient production of cardiovascular organoids generated through specific differentiation induction.

인간 다능성 줄기세포를 이용하여 심근세포 및 심근 모사조직의 형성을 시도한 많은 연구가 있었으나, 현재까지 구조적, 기능적으로 미성숙 상태에 머물러 있어 성인에서 발병하는 질환 모델링에 사용하기엔 적합하지 않고, 대부분의 심혈관 질환은 성인이 되거나 노화가 진행된 후 발병되기 때문에, 성체 심근세포와 형태적 및 기능적으로 유사한 성숙 심근세포를 포함한 심장 오가노이드를 개발하기 위해서는 고도로 성숙된 심근세포 및 심장 오가노이드가 필요하다. There have been many studies attempting to form cardiomyocytes and myocardial tissue mimics using human pluripotent stem cells, but to date, they remain in a structurally and functionally immature state, making them unsuitable for use in modeling diseases that occur in adults, and are not suitable for use in modeling diseases that occur in adults. Because the disease develops in adulthood or after aging, highly mature cardiomyocytes and cardiac organoids are needed to develop cardiac organoids containing mature cardiomyocytes that are morphologically and functionally similar to adult cardiomyocytes.

본 발명의 목적은 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a composition for maturation of cardiovascular organoids.

또한, 본 발명의 목적은 심혈관 오가노이드 이식용 지지체 조성물을 제공하는 것이다.Additionally, an object of the present invention is to provide a support composition for cardiovascular organoid transplantation.

또한, 본 발명의 목적은 in vitro에서 성숙된 심혈관 오가노이드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Additionally, an object of the present invention is to provide a method for producing mature cardiovascular organoids in vitro .

아울러, 본 발명의 목적은 in vitro에서 미성숙 심혈관 오가노이드를 성숙시키는 방법을 제공하는 것이다.Additionally, an object of the present invention is to provide a method for maturing immature cardiovascular organoids in vitro .

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 LIMK(LIM Kinase) 단백질, LIMK 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터, LIMK 단백질 발현 촉진제 또는 LIMK 단백질 활성화제를 유효성분으로 포함하는 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a composition for cardiovascular organoid maturation containing LIMK (LIM Kinase) protein, a vector containing a polynucleotide encoding the LIMK protein, a LIMK protein expression promoter, or a LIMK protein activator as an active ingredient. provides.

또한, 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 심혈관 오가노이드 이식용 지지체 조성물을 제공한다. Additionally, the present invention provides a support composition for cardiovascular organoid transplantation comprising the composition.

또한, 본 발명은 in vitro에서 성숙된 심혈관 오가노이드를 제조하는 방법을 제공한다. Additionally, the present invention provides a method for producing mature cardiovascular organoids in vitro .

아울러, 본 발명은 in vitro에서 미성숙 심혈관 오가노이드를 성숙시키는 방법을 제공한다. Additionally, the present invention provides a method for maturing immature cardiovascular organoids in vitro .

본 발명에 따르면, LIMK가 미성숙된 심혈관 오가노이드에서 심근세포의 성숙을 촉진하고, 혈관 네트워크 형성을 촉진하여 혈관화된 성숙한 심실타입 심혈관 오가노이드가 제조되는 것을 확인하였으므로, 이를 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물로 이용할 수 있으며, 이를 이용하여 제조한 성숙된 심혈관 오가노이드는 인공 심장, 질환 모델링, 약물 스크리닝, 신약 독성평가 등에 유용하게 활용할 수 있다.According to the present invention, it has been confirmed that LIMK promotes the maturation of cardiomyocytes in immature cardiovascular organoids and promotes the formation of a vascular network to produce vascularized mature ventricular type cardiovascular organoids, which can be used as a composition for maturing cardiovascular organoids. It can be used as a mature cardiovascular organoid manufactured using it, and can be useful for artificial hearts, disease modeling, drug screening, and new drug toxicity evaluation.

도 1은 인간 다능성 줄기세포 유래 심혈관 오가노이드를 제작시 세포 응집체 형성을 위한 최적 세포 분주 밀도를 확인한 도이다.
도 2는 심혈관 오가노이드를 제작시 세포 응집체의 줄기능 및 분화능을 확인한 도이다.
도 3은 심혈관 오가노이드를 크기별로 나눈 뒤 이의 형태학적 특성을 확인한 도이다.
도 4는 상대적으로 줄기능이 높은 2일간 배양된 세포 응집체에서 분화된 CO (H-CO) 및 줄기능이 낮은 5일간 배양된 세포 응집체에서 분화된 CO (L-CO)의 분화 효율 및 심근세포 타입을 확인한 도이다.
도 5는 H-CO 및 L-CO의 챔버 형성을 확인한 도이다.
도 6 및 7은 H-CO 및 L-CO의 구조적 및 대사적 성숙도를 확인한 도이다.
도 8은 H-CO 및 L-CO의 심근세포 사이의 접합부를 확인한 도이다.
도 9 내지 12는 H-CO 및 L-CO의 기능적 성숙도 및 심근세포 타입별 활동전위를 분석한 도이다.
도 13은 H-CO 및 L-CO의 혈관 네트워크 형성을 확인한 도이다.
도 14는 섬유아세포의 생성을 면역형광염색법 및 유전자 발현분석 결과를 나타낸 도이다.
도 15 및 16은 H-CO 및 L-CO의 혈관 성숙도를 확인한 도이다.
도 17 및 18은 심혈관 오가노이드의 심근세포 성숙 및 혈관 네트워크 형성에 관여하는 유전자 신호 기전 경로를 분석한 도이다.
도 19는 H-CO 및 L-CO의 심실/심근 성숙 및 혈관 생성 분화 기전을 분석한 결과이다.
도 20은 LIMK/Cofilin 신호 경로 억제를 통한 CO에서 CM 성숙도 및 혈관 생성을 확인한 도이다.
도 21은 유도 만능 줄기세포 유래 CO를 제작한 뒤 이의 특성을 분석한 도이다.
Figure 1 is a diagram confirming the optimal cell distribution density for forming cell aggregates when producing cardiovascular organoids derived from human pluripotent stem cells.
Figure 2 is a diagram confirming the stem function and differentiation ability of cell aggregates when producing cardiovascular organoids.
Figure 3 is a diagram showing the morphological characteristics of cardiovascular organoids after dividing them by size.
Figure 4 shows the differentiation efficiency of CO (H-CO) differentiated from cell aggregates cultured for 2 days with relatively high stem function and CO (L-CO) differentiated from cell aggregates cultured for 5 days with low stem function and cardiomyocytes This is a diagram that confirms the type.
Figure 5 is a diagram confirming the formation of chambers of H-CO and L-CO.
Figures 6 and 7 are diagrams confirming the structural and metabolic maturity of H-CO and L-CO.
Figure 8 is a diagram confirming the junction between H-CO and L-CO cardiomyocytes.
Figures 9 to 12 are diagrams analyzing the functional maturity of H-CO and L-CO and action potentials by cardiomyocyte type.
Figure 13 is a diagram confirming the formation of vascular networks of H-CO and L-CO.
Figure 14 is a diagram showing the results of immunofluorescence staining and gene expression analysis for the production of fibroblasts.
Figures 15 and 16 are diagrams confirming the vascular maturity of H-CO and L-CO.
Figures 17 and 18 are diagrams analyzing the gene signaling mechanism pathways involved in cardiomyocyte maturation and vascular network formation in cardiovascular organoids.
Figure 19 shows the results of analyzing the ventricular/myocardial maturation and angiogenic differentiation mechanisms of H-CO and L-CO.
Figure 20 is a diagram confirming CM maturity and angiogenesis in CO through inhibition of the LIMK/Cofilin signaling pathway.
Figure 21 is a diagram showing the production of induced pluripotent stem cell-derived CO and analysis of its characteristics.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 구현예는 본 발명에 대한 예시로 제시되는 것으로, 당업자에게 주지 저명한 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있고, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않는다. 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기재 및 그로부터 해석되는 균등 범주 내에서 다양한 변형 및 응용이 가능하다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments of the present invention with reference to the attached drawings. However, the following embodiments are provided as examples of the present invention, and if it is judged that a detailed description of a technology or configuration well known to those skilled in the art may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted. , the present invention is not limited thereby. The present invention is capable of various modifications and applications within the description of the claims described below and the scope of equivalents interpreted therefrom.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the terminology used in this specification is a term used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention of the user or operator or the customs of the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.All technical terms used in the present invention, unless otherwise defined, are used with the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art in the field related to the present invention. In addition, preferred methods and samples are described in this specification, but similar or equivalent methods are also included in the scope of the present invention. The contents of all publications incorporated by reference herein are hereby incorporated by reference.

일 측면에서, 본 발명은 LIMK(LIM Kinase) 단백질, LIMK 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터, LIMK 단백질 발현 촉진제 또는 LIMK 단백질 활성화제를 유효성분으로 포함하는 심혈관 오가노이드(cardiovascular organoids, CO) 성숙용 조성물에 관한 것이다.In one aspect, the present invention provides cardiovascular organoids (CO) containing LIMK (LIM Kinase) protein, a vector containing a polynucleotide encoding the LIMK protein, a LIMK protein expression promoter, or a LIMK protein activator as an active ingredient. It relates to a composition for maturation.

일 구현예에서, 발현 촉진제는 LIMK 유전자의 발현을 증가시키는 전사인자일 수 있다.In one embodiment, the expression promoter may be a transcription factor that increases the expression of the LIMK gene.

일 구현예에서, 본 발명의 조성물은 심근세포의 성숙을 촉진시킬 수 있으며, 심근세포의 구조적 성숙 및 기능적 성숙을 촉진시킬 수 있고, 구조적 성숙은 고도화/조직화된 삽입된 디스크와 미토콘드리아의 성숙을 포함하고, 기능적 성숙은 심실 타입 박동특성과 활동전위를 가지는 것일 수 있다.In one embodiment, the composition of the present invention can promote the maturation of cardiomyocytes, structural maturation and functional maturation of cardiomyocytes, structural maturation including advanced/organized intercalated disc and maturation of mitochondria. And, functional maturity may mean having ventricular-type beat characteristics and action potentials.

일 구현예에서, 본 발명의 조성물은 혈관 네트워크 형성을 촉진시킬 수 있으며, 혈관 네트워크는 혈관내피세포, 혈관주변세포, 혈관평활근세포 및 기저막 세포를 포함할 수 있다.In one embodiment, the composition of the present invention can promote the formation of a vascular network, and the vascular network can include vascular endothelial cells, perivascular cells, vascular smooth muscle cells, and basement membrane cells.

일 구현예에서, 본 발명의 조성물은 심혈관 오가노이드에서 cTnT, MLC2v, MLC2a 또는 JPH2의 유전자 및 단백질 발현을 미성숙 심혈관 오가노이드에 비해 증가시킬 수 있다.In one embodiment, the composition of the present invention can increase gene and protein expression of cTnT, MLC2v, MLC2a or JPH2 in cardiovascular organoids compared to immature cardiovascular organoids.

일 구현예에서, 본 발명의 조성물은 심혈관 오가노이드에서 PDGFRβ, αSMA 또는 vWF의 유전자 및 단백질 발현을 미성숙 심혈관 오가노이드에 비해 증가시킬 수 있다.In one embodiment, the compositions of the invention can increase gene and protein expression of PDGFRβ, αSMA or vWF in cardiovascular organoids compared to immature cardiovascular organoids.

일 구현예에서, 본 발명의 조성물은 인간 다능성 줄기세포 유래 미성숙 심혈관 오가노이드의 in vitro 성숙을 촉진시킬 수 있다.In one embodiment, the composition of the present invention can promote in vitro maturation of immature cardiovascular organoids derived from human pluripotent stem cells.

일 구현예에서, 인간 다능성 줄기세포는 배아줄기세포(embryonic stem cells, ESCs) 또는 유도 만능 줄기세포 (induced pluripotent stem cells, iPSCs, 역분화 줄기세포)일 수 있다.In one embodiment, the human pluripotent stem cells may be embryonic stem cells (ESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs).

일 구현예에서, 본 발명의 조성물 처리에 의해 성숙된 심혈관 오가노이드는 미성숙 심혈관 오가노이드에 비해 CD31, vWF, EFNB2, EPHB4, PROX1, PDGFRα, PDGFRβ, CALPONIN1, COL1A, COL3A1, COL4A1, COL4A2, α-SMA, LAMA5, LAMB1, ITGA3, ITGB1, ITGB3, ITGB4, PITX1, PITX3, FGFR4, LaminA, FN1, ROCK1, LIMK1, pFAK, pPDGFRα, pLIMK, pCofilin, VEGFR2, pVEGFR2 또는 peNOS의 발현이 증가될 수 있다.In one embodiment, cardiovascular organoids matured by treatment with a composition of the present invention have CD31, vWF, EFNB2, EPHB4, PROX1, PDGFRα, PDGFRβ, CALPONIN1, COL1A, COL3A1, COL4A1, COL4A2, α- compared to immature cardiovascular organoids. Expression of SMA, LAMA5, LAMB1, ITGA3, ITGB1, ITGB3, ITGB4, PITX1, PITX3, FGFR4, LaminA, FN1, ROCK1, LIMK1, pFAK, pPDGFRα, pLIMK, pCofilin, VEGFR2, pVEGFR2 or peNOS may be increased.

일 구현예에서, 본 발명의 조성물 처리에 의해 성숙된 심혈관 오가노이드는 혈관화된 성숙된 심실타입 심혈관 오가노이드일 수 있다.In one embodiment, the cardiovascular organoids matured by treatment with the composition of the present invention may be vascularized mature ventricular type cardiovascular organoids.

본 발명의 일 실시예에서 인간 다능성 줄기세포 유래 세포 응집체의 줄기능이 높을수록 심혈관 오가노이드의 심근 성숙 및 혈관 네트워크 형성이 우수한 것을 확인하였다. 구체적으로, 인간 다능성 줄기세포의 높은 줄기능을 유지하고 있는 세포 응집체로부터 생성된 심혈관 오가노이드 (H-CO, COs generated from CAs with high stemness)가 낮은 줄기능을 갖는 세포 응집체에서 생성된 심혈관 오가노이드 (L-CO, COs generated from CAs with low stemness)에 비해 심실타입으로의 분화, 구조적, 대사적 및 기능적 성숙도가 더 높은 심근세포와 혈관내피세포, 혈관주변세포, 평활근세포 및 기저막을 포함하는 성숙한 혈관 네트워크를 형성함을 확인하였다. 아울러, 이와 같은 성숙한 심근세포 및 혈관을 포함하는 심혈관 오가노이드의 생성에 LIMK가 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. In one embodiment of the present invention, it was confirmed that the higher the stem function of the human pluripotent stem cell-derived cell aggregate, the better the myocardial maturation and vascular network formation of the cardiovascular organoid. Specifically, cardiovascular organoids (H-CO, COs generated from CAs with high stemness) generated from cell aggregates maintaining high stemness function of human pluripotent stem cells are cardiovascular organoids generated from cell aggregates with low stemness function. Compared to noids (L-CO, COs generated from CAs with low stemness), they contain cardiomyocytes, vascular endothelial cells, perivascular cells, smooth muscle cells, and basement membrane with higher structural, metabolic, and functional maturity and differentiation into the ventricular type. It was confirmed that a mature vascular network was formed. In addition, it was confirmed that LIMK plays an important role in the generation of cardiovascular organoids containing mature cardiomyocytes and blood vessels.

본 발명에서 용어, "벡터"는 숙주 세포에 삽입되어 숙주 세포 게놈과 재조합되고 이에 삽입되거나, 또는 에피좀으로서 자발적으로 복제하는 컴피턴트 뉴클레오티드 서열을 포함하는 임의의 핵산을 의미한다. 이러한 벡터로는 선형 핵산, 플라스미드, 파지미드, 코스미드, RNA 벡터, 바이러스 벡터 등이 있다. As used herein, the term “vector” refers to any nucleic acid containing a competent nucleotide sequence that is inserted into a host cell, recombines with and is inserted into the host cell genome, or replicates spontaneously as an episome. These vectors include linear nucleic acids, plasmids, phagemids, cosmids, RNA vectors, viral vectors, etc.

본 명세서에 기재된 "LIMK 단백질 발현 촉진제"는 LIMK 단백질의 발현을 증진시키는 물질을 의미한다. 상기 LIMK 단백질의 발현 촉진제는 LIMK의 발현을 전사(transcription) 수준 또는 단백질 수준에서 증진시키는 물질을 모두 포함한다.As used herein, “LIMK protein expression promoter” refers to a substance that enhances the expression of LIMK protein. The expression promoter for the LIMK protein includes all substances that enhance the expression of LIMK at the transcription level or protein level.

본 명세서에 기재된 "LIMK 단백질 활성화제"는 LIMK 단백질과 직접 상호작용하거나 간접적으로 작용하여 LIMK 단백질의 활성을 양성적으로 조절하는 물질을 의미한다. 예를 들면, 상기 LIMK 단백질의 활성화제는 LIMK 단백질과 결합하여 LIMK 단백질의 활성을 강화하는 물질일 수 있다.As used herein, “LIMK protein activator” refers to a substance that interacts directly with the LIMK protein or acts indirectly to positively regulate the activity of the LIMK protein. For example, the activator of the LIMK protein may be a substance that binds to the LIMK protein and enhances the activity of the LIMK protein.

본 발명에서 용어, "만능 줄기세포(pluripotent stem cell, PSC)"는 몸을 구성하는 어떠한 형태의 세포로도 유도 분화가 가능한 줄기세포를 의미하며, 만능 줄기세포에는 배아줄기세포(embryonic stem cells, ESCs)와 유도 만능 줄기세포 (induced pluripotent stem cells, iPSCs, 역분화 줄기세포)가 포함된다. 구체적으로, 배아 줄기세포는 착상 이전 단계에 배반포(blastocyst)의 내부 세포 덩어리(inner cell mass)로부터 유도된다. 유도된 세포는 특정한 환경에서 유지되며, 무제한적인 배양 및 다능성 분화가 가능하다. 나아가, 유도 만능 줄기세포는 신체 체세포로부터 역분화되어 만들어지는 다능성 분화 세포를 의미할 수 있으며, 세포 융합, 핵 치환, 다분화성 조절 인자의 과발현과 같은 재프로그래밍(reprograming)이라는 과정을 통해 체세포를 배아 줄기세포와 매우 유사한 상태로 만들어줌으로써 형성된다. 나아가, 만능 줄기세포는 배아 줄기세포 및 유도 만능 줄기세포에 제한되는 것은 아니며, 분화 다능성 및 자기 복제능을 겸비한 세포를 모두포함할 수 있다. 그러나, 바람직하게 만능 줄기세포는 포유동물의 세포, 더욱 바람직하게는 인간 유래의 만능 줄기세포일 수 있다.In the present invention, the term "pluripotent stem cell (PSC)" refers to a stem cell capable of induced differentiation into any type of cell constituting the body, and pluripotent stem cells include embryonic stem cells. ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) are included. Specifically, embryonic stem cells are derived from the inner cell mass of a blastocyst at the pre-implantation stage. Induced cells are maintained in a specific environment and are capable of unlimited culture and pluripotent differentiation. Furthermore, induced pluripotent stem cells can refer to pluripotent differentiated cells created by dedifferentiation from somatic cells in the body, and somatic cells can be transformed through a process called reprogramming, such as cell fusion, nuclear replacement, and overexpression of pluripotency regulators. It is formed by creating a state very similar to embryonic stem cells. Furthermore, pluripotent stem cells are not limited to embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells, and may include both cells with both differentiation pluripotency and self-replication ability. However, preferably, the pluripotent stem cells may be mammalian cells, more preferably human-derived pluripotent stem cells.

본 발명에서 용어, "오가노이드 (organoid)"는 줄기세포를 이용해 최소 기능을 할 수 있도록 만든 '미니 유사 장기’로서, 3차원 구조로 만들어져 실험실에서도 실제 신체 기관과 비슷한 환경을 만들 수 있는 것이 특징이다. 즉, "오가노이드(organoid)"는 3D 입체구조를 가지는 세포를 의미하며, 동물 등에서 수집, 취득하지 않은 인공적인 배양 과정을 통하여 제조한 신경, 장 등의 장기와 유사한 모델을 의미한다. 이를 구성하는 세포의 유래는 제한되지 않는다. 상기 오가노이드 (organoid)는 세포의 성장 과정에서 주변 환경과 상호 작용하도록 허용되는 환경을 가질 수 있다. 2D 배양과는 달리, 3D 세포 배양은 체외에서 세포가 모든 방향으로 성장할 수 있다. 이에 따라 본 발명에서 3D 오가노이드는 실제로 생체 내에서 상호 작용을 하고 있는 장기를 거의 완벽히 모사하여, 질병의 치료제 개발 및 등을 관찰할 수 있는 훌륭한 모델이 될 수 있다.In the present invention, the term "organoid" refers to a 'mini-like organ' created using stem cells to perform minimal functions. It is made of a three-dimensional structure and is characterized by creating an environment similar to an actual body organ in the laboratory. am. In other words, “organoid” refers to cells with a 3D three-dimensional structure, and refers to a model similar to organs such as nerves and intestines manufactured through an artificial culture process rather than collected or acquired from animals, etc. The origin of the cells constituting it is not limited. The organoid may have an environment that allows cells to interact with the surrounding environment during cell growth. Unlike 2D culture, 3D cell culture allows cells to grow in all directions in vitro. Accordingly, in the present invention, the 3D organoid almost perfectly mimics organs that actually interact in vivo, and can be an excellent model for observing and developing treatments for diseases.

본 발명에서 용어, "분화"는 세포가 분열하여 증식하며 전체 개체가 성장하는 동안에 세포의 구조나 기능이 특수화되는 현상을 의미한다. 즉, 생물의 세포, 조직 등이 각각에게 주어지는 역할을 수행하기 위해 적합한 형태 및 기능으로 변하는 과정을 말하며, 예를 들어, 만능 줄기세포가 외배엽, 중배엽 및 내배엽 세포로 변하는 과정뿐 아니라 전구세포가 특정 분화형질을 발현하게 되는 것도 모두 분화에 포함될 수 있다.In the present invention, the term “differentiation” refers to a phenomenon in which cells divide and proliferate and become specialized in their structure or function while the entire organism grows. In other words, it refers to the process by which cells, tissues, etc. of an organism change into an appropriate form and function to perform the roles given to each. For example, the process by which pluripotent stem cells change into ectoderm, mesoderm, and endoderm cells, as well as the process by which progenitor cells become specific Any expression of differentiation traits can be included in differentiation.

일 측면에서, 본 발명은 본 발명의 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물을 포함하는 심혈관 오가노이드 이식용 지지체 조성물에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to a support composition for cardiovascular organoid transplantation comprising the composition for cardiovascular organoid maturation of the present invention.

일 구현예에서, 본 발명의 지지체 조성물에서 미성숙 심혈관 오가노이드를 성숙시킬 수 있다.In one embodiment, immature cardiovascular organoids can be matured in the support composition of the invention.

일 측면에서, 본 발명은 a) 인간 다능성 줄기세포를 분주 및 배양하여 세포 응집체(CA, cell aggregate)를 형성하는 단계; b) 세포 응집체를 분화시켜 심혈관 오가노이드를 제조하는 단계; 및 c) 심혈관 오가노이드에 본 발명의 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물을 처리하는 단계를 포함하는, in vitro에서 성숙된 심혈관 오가노이드를 제조하는 방법에 관한 것이다.In one aspect, the present invention includes the steps of a) dispensing and culturing human pluripotent stem cells to form cell aggregates (CA); b) preparing cardiovascular organoids by differentiating cell aggregates; and c) treating the cardiovascular organoid with the composition for maturing cardiovascular organoids of the present invention.

일 구현예에서, 단계 a)의 배양은 1 내지 6일 동안 수행될 수 있다.In one embodiment, the culture of step a) may be performed for 1 to 6 days.

일 구현예에서, 단계 b)에서 세포 응집체는: Rho kinase 억제제가 포함된 E8 배양액에서 배양하는 단계; GSK-3 억제제 포함된 RPMI1640, B27 및 인슐린을 포함하는 배양액에서 배양하는 단계; 및 IWP2 처리하고 배양하는 단계를 포함하는 방법으로 심혈관 오가노이드로 분화될 수 있다.In one embodiment, the cell aggregates in step b) include: culturing in E8 medium containing a Rho kinase inhibitor; Culturing in a culture medium containing RPMI1640, B27, and insulin containing a GSK-3 inhibitor; and IWP2 processing and culturing.

일 구현예에서, 성숙된 심혈관 오가노이드는 혈관화된 성숙한 심실타입 심혈관 오가노이드일 수 있다.In one embodiment, the mature cardiovascular organoid can be a vascularized mature ventricular type cardiovascular organoid.

일 측면에서, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 성숙된 심혈관 오가노이드에 관한 것이다.In one aspect, the invention relates to mature cardiovascular organoids prepared by the above method.

일 측면에서, 본 발명은 인간 다능성 줄기세포 유래의 미성숙 심혈관 오가노이드에 제 1항의 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물을 처리하는 단계를 포함하는, in vitro에서 미성숙 심혈관 오가노이드를 성숙시키는 방법에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to a method for maturing immature cardiovascular organoids in vitro , comprising treating immature cardiovascular organoids derived from human pluripotent stem cells with the composition for maturing cardiovascular organoids of claim 1. .

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are only for illustrating the content of the present invention and are not intended to limit the present invention.

실시예 1. 심혈관 오가노이드 생성을 위한 최적 세포 분주 밀도 결정Example 1. Determination of optimal cell distribution density for generating cardiovascular organoids

인간 다능성 줄기세포 유래 심혈관 오가노이드 제조를 위한 세포 응집체를 형성 최적 조건을 결정하기 위해, 세포 분주 밀도를 확인하였다. 구체적으로, 서로 다른 수의 인간 배아 줄기세포 (각각 0.25, 0.5, 1, 2, 3 및 4 × 106개)를 메타크릴레이트 코팅된 6-웰 배양 플레이트의 각 웰에 분주하였다. 그 결과, 2 내지 3 × 106개의 분주 밀도는 응집체끼리 집합되는 현상을 확인하였으며, 0.25 내지 0.5 × 106개의 분주 밀도는 응집체가 잘 형성되지 않는 것을 확인하였다 (도 1). 따라서, 심혈관 오가노이드(cardiovascular organoids, CO) 제조시 세포 응집체 형성을 위한 최적 세포 분주 밀도를 1 × 105개/cm2로 결정하였다.To determine the optimal conditions for forming cell aggregates for the production of human pluripotent stem cell-derived cardiovascular organoids, the cell distribution density was confirmed. Specifically, different numbers of human embryonic stem cells (0.25, 0.5, 1, 2, 3, and 4 × 10 6 , respectively) were dispensed into each well of a methacrylate-coated 6-well culture plate. As a result, it was confirmed that aggregates aggregated together at a dispensing density of 2 to 3 × 10 6 , and that aggregates were not formed well at a dispensing density of 0.25 to 0.5 × 10 6 (Figure 1). Therefore, the optimal cell distribution density for forming cell aggregates when manufacturing cardiovascular organoids (CO) was determined to be 1 × 10 5 cells/cm 2 .

실시예 2.Example 2. 인간 다능성 줄기세포 유래 심혈관 오가노이드Cardiovascular organoids derived from human pluripotent stem cells 제조manufacturing

2-1. CO 제조 및 줄기능 및 삼배엽으로의 자발적인 분화 확인2-1. Confirmation of CO production and spontaneous differentiation into stem function and triploblasts

매트리젤(matrigel)과 DMEM/F12를 1:100의 부피비를 이루도록 혼합한 뒤, 세포 배양 플레이트에 처리하여 상온의 조건 하에서 최소 한 시간 이상 코팅한 후, 코팅된 세포 배양 플레이트에 인간 배아 줄기세포를 Essential 8TM배지를 이용하여 37℃, 5% CO2 조건 하에서 배양하고, 세포가 플레이트에서 60% 정도 자랐을 때 계대배양하였다. 계대배양 첫날에는 Thiazovivin을 2 μM 농도로 첨가하여 세포 생존율을 증가시켰다. 계대배양 동안에는 배지를 매일 교체하였다. 이 후, 배양된 상기 인간 배야 줄기세포를 Accutase를 이용하여 단일세포로 분리하였다. 이를 상기 실시예 1에서 최적 세포 분주 밀도로 확인된 1 × 105개/cm2의 밀도로 메타크릴레이트 코팅된 6-웰 배양 플레이트에 분주한 뒤, 1일부터 5일 동안 Essential 8TM 배지에서 배양하여 세포 응집체를 형성하고 (배양 첫날에는 Thiazovivin를 2 μM 농도로 첨가하여 세포 생존율을 증가시킴), 세포 응집체의 CO로의 분화 유도를 위해, RPMI/B27 마이너스 인슐린 배지에서 GSK3β 억제제인 6 μM CHIR99021를 첨가하여 48시간 동안 처리하였다. 분화유도 2일에는 WNT 억제제인 RPMI/B27 마이너스 인슐린 배지에서 2 μM IWP2를 첨가하여 48시간 동안 처리하였다. 분화유도 4일 및 5일에 RPMI/B27 마이너스 인슐린 배지로 교체하였다. 분화유도 7일에는 RPM/B27 마이너스 비타민 A로 배지를 교체한 후 같은 배지로 2일 간격으로 교체하여 배양함으로써 심혈관 오가노이드를 제조하였다. 이 때, 세포 응집체가 형성되는 기간 동안 줄기능 및 삼배엽으로의 자발적인 분화를 확인하기 위해, 세포 응집체의 형태 변화, 직경의 변화 및 세포 수 변화를 관찰하였다 (도 2A). 또한, 세포 계통 마커의 유전자 발현 패턴을 조사하였다.Matrigel and DMEM/F12 were mixed at a volume ratio of 1:100, treated on a cell culture plate, coated at room temperature for at least one hour, and then human embryonic stem cells were placed on the coated cell culture plate. The cells were cultured using Essential 8 TM medium at 37°C and 5% CO 2 conditions, and subcultured when the cells grew to about 60% on the plate. On the first day of subculture, Thiazovivin was added at a concentration of 2 μM to increase cell survival. During subculture, the medium was changed daily. Afterwards, the cultured human embryonic stem cells were separated into single cells using Accutase. These were distributed in a methacrylate-coated 6-well culture plate at a density of 1 Cell aggregates were formed by culturing (thiazovivin was added at a concentration of 2 μM on the first day of culture to increase cell survival rate), and to induce differentiation of cell aggregates into CO, 6 μM CHIR99021, a GSK3β inhibitor, was added in RPMI/B27 minus insulin medium. It was added and treated for 48 hours. On the second day of differentiation induction, 2 μM IWP2 was added to the WNT inhibitor RPMI/B27 minus insulin medium and treated for 48 hours. On days 4 and 5 of differentiation induction, the medium was replaced with RPMI/B27 minus insulin. On the 7th day of differentiation induction, the medium was replaced with RPM/B27 minus vitamin A and then cultured with the same medium every 2 days to prepare cardiovascular organoids. At this time, in order to confirm stem function and spontaneous differentiation into three germ layers during the period of cell aggregate formation, changes in the shape, diameter, and cell number of the cell aggregates were observed (Figure 2A). Additionally, gene expression patterns of cell lineage markers were investigated.

그 결과, 배양 1 - 5일 차의 세포 응집체의 평균 직경은 각각 32.6 및 72.1, 102.2, 135.2 및 156.2 μm로 나타나, 시간 경과에 따라 평균 직경이 증가하는 것을 확인하였다 (도 2B). 또한, 세포 계통 마커의 유전자 발현 패턴을 조사한 결과, 다능성 마커 (OCT4 및 NANOG)는 시간이 지남에 따라 점차 감소하였고, 외배엽 마커 (OTX 및 ZIC), 중배엽 마커 (MESP1 및 T) 및 내배엽 마커 (CXCR4 및 AFP)는 증가하는 것을 확인하였다 (도 2C). 또한, 면역형광염색법을 통하여 외배엽 마커 (NESTIN), 중배엽 마커 (T, MIXL1 및 VEGFR2) 및 내배엽 마커 (FOXA2)가 증가하는 것을 확인하였다 (도 2D). 아울러, 2일 및 5일간 배양된 세포 응집체의 세포 수는 각각 166.6 및 418.1개임을 확인하였다 (도 2E 내지 F). As a result, the average diameters of cell aggregates on days 1 to 5 of culture were 32.6, 72.1, 102.2, 135.2, and 156.2 μm, respectively, confirming that the average diameter increased over time (Figure 2B). Additionally, examining the gene expression patterns of cell lineage markers, we found that pluripotency markers (OCT4 and NANOG) gradually decreased over time, followed by ectodermal markers (OTX and ZIC), mesodermal markers (MESP1 and T), and endodermal markers ( CXCR4 and AFP) were confirmed to increase (Figure 2C). In addition, through immunofluorescence staining, it was confirmed that ectodermal marker (NESTIN), mesodermal marker (T, MIXL1, and VEGFR2), and endodermal marker (FOXA2) were increased (Figure 2D). In addition, the number of cells in the cell aggregates cultured for 2 and 5 days was confirmed to be 166.6 and 418.1, respectively (Figures 2E to F).

2-2. 균일한 크기의 심혈관 오가노이드 선별2-2. Selection of uniformly sized cardiovascular organoids

상기 실시예 2-1의 분화유도 7일 및 11일에 심혈관 오가노이드를 메시(mesh) 크기 100 μm와 200 μm의 스트레이너를 사용하여 < 100 μm, 100 - 200 μm 및 > 200 μm의 크기로 선별하여 군을 나눈 뒤 각각 30일까지 배양하여 특성을 확인하였다 (도 3A). 그 결과, 배양 7일째에 < 100 μm, 100 - 200 μm 및 > 200 μm의 각 군의 CO의 평균 직경은 각각 80.1 μm, 152.4 μm 및 279.7 μm로 나타났으며, 평균 개수는 각각 22.1, 42.0 및 6.8개로 나타났다 (도 3A 및 B). 배양 30일째, 박동하는 인간 배아 줄기세포 유래 심혈관 오가노이드의 각 군 (< 100 μm, 100 - 200 μm 및 > 200 μm)의 평균 백분율은 각각 27.5%, 65.0% 및 7.5%로 나타났다 (도 3D). On days 7 and 11 of differentiation induction in Example 2-1, cardiovascular organoids were selected into sizes of <100 μm, 100 - 200 μm, and > 200 μm using strainers with mesh sizes of 100 μm and 200 μm. After dividing them into groups, each group was cultured for up to 30 days to confirm its characteristics (Figure 3A). As a result, on the 7th day of culture, the average diameter of CO in each group of <100 μm, 100 - 200 μm, and >200 μm was 80.1 μm, 152.4 μm, and 279.7 μm, respectively, and the average number was 22.1, 42.0, and 279.7 μm, respectively. It was found to be 6.8 (Figures 3A and B). At 30 days of culture, the average percentage of each group (<100 μm, 100 - 200 μm, and >200 μm) of beating human embryonic stem cell-derived cardiovascular organoids was 27.5%, 65.0%, and 7.5%, respectively (Figure 3D). .

2-3. 심혈관 오가노이드의 분화 효율, 심근세포 타입 및 특성 확인2-3. Confirmation of differentiation efficiency, cardiomyocyte type and characteristics of cardiovascular organoids

상기 실시예 2-1에서 상대적으로 줄기능이 높은 2일간 배양된 세포 응집체 및 줄기능이 낮은 5일간 배양된 세포 응집체를 통해 각각 분화된 인간 다능성 줄기세포 유래 심혈관 오가노이드 (100 - 200 μm 크기로 선별한 심혈관 오가노이드)를 각각 H-CO (초기 세포 응집체 유래 CO) 및 L-CO (후기 세포 응집체 유래 CO)라고 명명하고, 이의 분화 효율, 심근 타입 및 구조를 확인하였다 (도 4A 및 B). H-CO 및 L-CO의 평균 박동 백분율을 분화 10일부터 30일까지 조사한 결과, 점차 비율이 증가하는 것으로 나타났으며, 분화 10일 및 15일에 L-CO보다 H-CO의 박동율이 더 높은 것으로 나타났고, 분화 20일 및 30일에는 유사한 것으로 나타났다 (도 4C). 또한, 중합효소연쇄반응, 웨스턴블롯 및 면역형광염색법으로 H-CO 및 L-CO의 심근세포의 타입을 확인한 결과, H-CO에서 심실타입 심근세포 마커인 MLC2v 및 심방타입 심근세포 마커인 MLC2a의 발현이 증가하였으나, L-CO에서는 노달타입 심근세포 마커인 TBX18의 발현이 증가하는 것으로 나타나 (도 4D 내지 F), H-CO가 주로 심실 유사 및 심방 유사 심근세포로 구성되고, L-CO는 노달타입의 심근세포로 구성된 것을 알 수 있다. 아울러, 심장의 특이적 구조인 챔버의 형성을 확인한 결과, H-CO가 L-CO에 비해서 마이크로 챔버의 형성이 증가하는 것으로 나타났다 (도 5A 및 B).In Example 2-1, human pluripotent stem cell-derived cardiovascular organoids (100 - 200 μm in size) differentiated through cell aggregates cultured for 2 days with relatively high stem function and cell aggregates cultured for 5 days with low stem function, respectively. The selected cardiovascular organoids were named H-CO (early cell aggregate-derived CO) and L-CO (late cell aggregate-derived CO), respectively, and their differentiation efficiency, myocardial type and structure were confirmed (Figures 4A and B) ). The average beating percentage of H-CO and L-CO was examined from day 10 to day 30 of differentiation, and the ratio was found to gradually increase, with the beating rate of H-CO being higher than that of L-CO on days 10 and 15 of differentiation. It was found to be high, and similar on days 20 and 30 of differentiation (Figure 4C). In addition, as a result of confirming the types of cardiomyocytes of H-CO and L-CO using polymerase chain reaction, Western blot, and immunofluorescence staining, MLC2v, a marker of ventricular type cardiomyocytes, and MLC2a, a marker of atrial-type cardiomyocytes, were found in H-CO. Although the expression increased, the expression of TBX18, a nodal-type cardiomyocyte marker, appeared to increase in L-CO (Figures 4D to F), indicating that H-CO is mainly composed of ventricular-like and atrial-like cardiomyocytes, and L-CO It can be seen that it is composed of nodal type cardiomyocytes. In addition, as a result of confirming the formation of chambers, which are a specific structure of the heart, it was found that H-CO increased the formation of microchambers compared to L-CO (Figures 5A and B).

이를 통해, 인간 다능성 줄기세포 유래 심장 발생 및 심장 조직 모사 마이크로 심실타입의 심혈관 오가노이드를 제조한 것을 확인할 수 있었다.Through this, it was confirmed that a micro-ventricular type cardiovascular organoid simulating heart development and heart tissue derived from human pluripotent stem cells was manufactured.

실시예 3. CO의 구조적 및 대사적 성숙도 확인Example 3. Confirmation of structural and metabolic maturity of CO

상기 실시예 2에서 제조한 성숙 심실타입의 심혈관 오가노이드의 구조적 성숙도를 평가하기 위해, 30일째에 투과전자현미경을 통해서 근절(sarcomere) 및 미토콘드리아의 미세 구조를 조사하였다. 그 결과, H-CO에서 L-CO에 비해 더 뚜렷한 Z-선(Z-line), 배열된 미토콘드리아 및 조직화된 근절이 관찰되었고, H-CO에서 근절의 평균 길이 (1.6 μm 대 1.1 μm) 및 너비(1.4 μm 대 0.6 μm)가 L-CO에 비해 증가하는 것으로 나타났다 (도 6A 내지 C 및 도 7). 또한, 심장 수축 및 이온 채널 신호전달을 담당하는 T-세관(T-tubule) 형성은 L-CO에 비해 H-CO에서 더 증가한 것으로 나타났다 (도 6A). 또한, 면역형광염색법을 이용하여 CAV3+ 및 JPH2+인 심근이 L-CO보다 H-CO에서 더 균일하고 높게 발현되었으며. cTnT, cTnI, CAV3 및 JPH2의 유전자 및 단백질 발현은 L-CO보다 H-CO에서 현저하게 높게 나타났다 (도 6D 내지 F). 또한, 대사 에너지를 조절하는 미토콘드리아의 성숙도를 평가를 위해 투과전자현미경을 이용하여 미토콘드리아의 구조를 확인한 결과, L-CO에 비해 H-CO에서 미토콘드리아의 구조가 더 발달한 것으로 나타났으며 (도 6G), 미토콘드리아의 수, 크기 및 크리스타(crista) 형성이 H-CO에서 L-CO에 비해유의적으로 더 증가한 것으로 나타났다 (도 6H 내지 J). 미토콘드리아의 활성을 확인하기 위하여 미토트래커(mitotracker) 활성을 분석한 결과, L-CO에 비해 H-CO에서 더 증가함을 확인하였다 (도 6K 및 J). 또한, 미토콘드리아 함량을 정량화하기 위해 중합효소연쇄반응을 통해 미토콘드리아 DNA(mtDNA)와 핵 DNA(nDNA)의 비율을 분석하였다. mtDNA/nDNA의 비율이 L-CO에 비해 H-CO에서 높게 나타났다 (도 6M). H-CO 및 L-CO에서 대사 활성 마커의 발현을 중합효소연쇄반응 및 웨스턴 블롯을 통해 비교 분석한 결과, 대사 활성 마커인 PGC1α, CPT1β 및 TFAM 발현이 H-CO에서 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다 (도 6N 및 O).In order to evaluate the structural maturity of the mature ventricular type cardiovascular organoid prepared in Example 2, the fine structure of sarcomeres and mitochondria was examined through transmission electron microscopy on day 30. As a result, more distinct Z-lines, aligned mitochondria, and organized sarcomeres were observed in H-CO compared to L-CO, and the average length of sarcomeres in H-CO (1.6 μm vs. 1.1 μm) and Width (1.4 μm vs. 0.6 μm) appeared to increase compared to L-CO (Figures 6A-C and Figure 7). In addition, T-tubule formation, which is responsible for cardiac contraction and ion channel signaling, was found to be more increased in H-CO compared to L-CO (Figure 6A). Additionally, using immunofluorescence staining, CAV3 + and JPH2 + myocardium showed more uniform and higher expression in H-CO than in L-CO. Gene and protein expression of cTnT, cTnI, CAV3, and JPH2 were significantly higher in H-CO than in L-CO (Figure 6D to F). In addition, the structure of mitochondria was confirmed using transmission electron microscopy to evaluate the maturity of mitochondria that control metabolic energy. As a result, the structure of mitochondria was found to be more developed in H-CO than in L-CO (Figure 6G ), the number, size, and crista formation of mitochondria were significantly increased in H-CO compared to L-CO (Figure 6H to J). As a result of analyzing mitotracker activity to confirm mitochondrial activity, it was confirmed that it increased more in H-CO compared to L-CO (Figure 6K and J). Additionally, to quantify mitochondrial content, the ratio of mitochondrial DNA (mtDNA) and nuclear DNA (nDNA) was analyzed through polymerase chain reaction. The ratio of mtDNA/nDNA was higher in H-CO compared to L-CO (Figure 6M). As a result of comparative analysis of the expression of metabolic activity markers in H-CO and L-CO through polymerase chain reaction and Western blot, it was confirmed that the expression of metabolic activity markers PGC1α, CPT1β, and TFAM was significantly increased in H-CO. (Figure 6N and O).

이를 통해, 본 발명의 체내 심장 발생 모사 전략을 통해 구축한 심혈관 오가노이드가 미토콘드리아의 구조적 및 기능적으로 성숙하고 조직화 및 배열된 근육조직이 형성된 것을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the cardiovascular organoids constructed through the in vivo heart development simulation strategy of the present invention had structurally and functionally mature mitochondria and formed organized and arranged muscle tissue.

실시예 4. CO의Example 4. CO 기능적 성숙도, 심근세포 타입별 활동전위 분석 및 심근세포 사이의 접합부 확인Functional maturity, action potential analysis by cardiomyocyte cell type, and confirmation of junctions between cardiomyocytes

상기 실시예 2에서 제조한 심혈관 오가노이드의 기능적 평가를 위해, 심장 박동성 평가 및 전기생리적 반응성 평가를 진행하고 이미징 분석 및 그래프 분석을 수행한 결과, H-CO는 L-CO에 비해 박동 패턴이 크고 느린 반면, L-CO는 박동 패턴이 작고, 빠른 것으로 나타났다 (도 9A 및 B, 도 10, 및 도 11). 또한, H-CO에서 최대 박동 사이의 기간(peak to peak duration) 및 박동지속기간(contraction relaxation duration)이 증가하는 것을 확인하였다 (도 9E 및 F). 반면, 분당 심근세포 박동수(beat per minute)는 L-CO에서 증가하는 것을 확인하였다 (도 9D). 또한, H-CO는 모두 심실세포 타입의 심근세포로 분화한 반면, L-CO는 심실타입, 심방타입 및 노달타입의 심근세포가 모두 포함되어 있는 것으로 나타났다 (도 9I). 아울러, H-CO는 L-CO에 비해 진동수가 낮고, 심장조기 박동이 높은 것을 확인하였다 (도 9F 내지 H, 및 도 12). 또한, CM의 기능적 성숙도를 평가하기 위해 Ca2+ 지시약 Fluo-4 AM을 사용하여 H-CO 및 L-CO에서 Ca2+을 측정한 결과, Flo-4 AM 형광 강도가 L-CO보다 H-CO에서 상당히 더 높다는 것을 확인하였으며 (도 9J), 이는 H-CO가 L-CO보다 기능적으로 더 성숙했음을 나타낸다 (도 9K). 아울러, L-CO와 달리 H-CO에서 부착연접(adherence junction), 간극연접(gap junction) 및 데스 모솜(desmosome)을 포함하는 고도화/조직화된 삽입된 디스크(intercalated disc)가 확인되었다 (도 8A). 면역형광염색법 분석을 통해 갭 접합 마커인 Cx43의 발현을 확인한 결과, Cx43가 H-CO에서는 심근세포 접합부에서 고르게 발현되는 반면, L-CO에서는 부분적으로 발현되는 것을 확인하였고 (도 9L), Cx43의 유전자 및 단백질의 발현 또한 H-CO에서 L-CO보다 증가하는 것으로 나타났다 (도 9M 및 N).For functional evaluation of the cardiovascular organoid prepared in Example 2, cardiac pulsatility and electrophysiological reactivity were evaluated, and imaging analysis and graph analysis were performed. As a result, H-CO had a larger pulsation pattern compared to L-CO. While slow, L-CO showed a smaller and faster pulsation pattern (Figures 9A and B, Figure 10, and Figure 11). In addition, it was confirmed that the peak to peak duration and contraction relaxation duration increased in H-CO (FIG. 9E and F). On the other hand, cardiomyocyte beats per minute were confirmed to increase in L-CO (Figure 9D). In addition, while H-COs were all differentiated into ventricular-type cardiomyocytes, L-COs were found to contain all ventricular-type, atrial-type, and nodal-type cardiomyocytes (Figure 9I). In addition, it was confirmed that H-CO had a lower frequency and higher premature heart rate than L-CO ( FIGS. 9F to H and FIG. 12 ). Additionally, to assess the functional maturity of CM, we measured Ca 2+ in H-CO and L-CO using the Ca 2+ indicator Fluo-4 AM, and found that Flo-4 AM fluorescence intensity was higher in H-CO than in L-CO. It was found to be significantly higher in CO (Figure 9J), indicating that H-CO is functionally more mature than L-CO (Figure 9K). In addition, unlike L-CO, highly specialized/organized intercalated discs containing adherence junctions, gap junctions, and desmosomes were identified in H-CO (Figure 8A ). As a result of confirming the expression of Cx43, a gap junction marker, through immunofluorescence staining analysis, it was confirmed that Cx43 was evenly expressed at the cardiomyocyte junction in H-CO, whereas it was partially expressed in L-CO (Figure 9L), and the expression of Cx43 Expression of genes and proteins also appeared to be increased in H-CO compared to L-CO (Figure 9M and N).

이를 통해, 본 발명의 체내 심장 발생 모사 방법을 통해 구축한 심혈관 오가 노이드가 기능적으로도 성숙한 심실타입으로의 분화와 조직화 및 배열된 근육조직이 형성된 것을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the cardiovascular organoids constructed through the in vivo heart development simulation method of the present invention were differentiated into functionally mature ventricular types and formed organized and arranged muscle tissue.

실시예 5. CO의 혈관 네트워크 형성 평가Example 5. Evaluation of vascular network formation in CO

상기 실시예 2에서 제조한 심혈관 오가노이드의 혈관 네트워크 형성을 평가하기 위해, 구조적 분석 및 혈관 관련 유전자 발현을 확인하였다. 그 결과, TIE2 및 CD117은 L-CO에서 더 증가한 반면, CD31, vWF, 및 혈관 타입별 유형 마커인 EFNB2, EPHB4 및 PROX1은 L-CO에 비해 H-CO에서 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다 (도 13A 내지 C). 또한, 면역형광염색법을 통해 H-CO에서 cTnT 및 CD31의 발현이 L-CO에 비해 증가하는 것을 확인하였고, 정량적 평가를 통해 혈관 면적, 접합 밀도 및 평균 혈관 길이도 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다 (도 13D 내지 G). 또한, H-CO에서 CD31+ 및 vWF+의 공동 발현된 부분이 증가하는 것이 관찰되었고, 혈관내피세포의 끝세포(tip cell) 및 발현 혈관 신생(sprouting angiogenesis)을 포함한 복잡한 혈관 네트워크가 형성된 것을 확인하였다 (도 13H 및 I). 또한, 면역형광염색법 및 투과전자현미경을 통해 H-CO에서 혈관 내강(lumen)이 생성되었음을 확인하였다 (도 13J 및 K). 아울러, 심근세포 및 혈관내피세포를 제외한 심장을 구성하는 세포 중 하나인 섬유아세포의 생성을 면역형광염색법 및 유전자 발현분석을 통해 확인한 결과, H-CO 및 L-CO에서는 차이가 없는 것으로 나타났다 (도 14).To evaluate the vascular network formation of the cardiovascular organoid prepared in Example 2, structural analysis and vascular-related gene expression were confirmed. As a result, TIE2 and CD117 increased more in L-CO, while CD31, vWF, and vascular type markers EFNB2, EPHB4, and PROX1 were significantly increased in H-CO compared to L-CO ( Figures 13A-C). In addition, through immunofluorescence staining, it was confirmed that the expression of cTnT and CD31 in H-CO increased compared to L-CO, and through quantitative evaluation, it was confirmed that blood vessel area, junction density, and average blood vessel length were also significantly increased. (Figures 13D to G). In addition, an increase in the co-expressed portion of CD31 + and vWF + was observed in H-CO, confirming the formation of a complex vascular network including tip cells of vascular endothelial cells and sprouting angiogenesis. (Figures 13H and I). In addition, it was confirmed through immunofluorescence staining and transmission electron microscopy that vascular lumen was created in H-CO (Figures 13J and K). In addition, as a result of confirming the production of fibroblasts, one of the cells constituting the heart, excluding cardiomyocytes and vascular endothelial cells, through immunofluorescence staining and gene expression analysis, it was found that there was no difference between H-CO and L-CO (Figure 14).

실시예 6. CO의 혈관 성숙도 평가Example 6. Evaluation of vascular maturity of CO

상기 실시예 2에서 제조한 심혈관 오가노이드의 혈관 성숙도를 평가하기 위해, 혈관을 구성하는 다양한 세포의 형성을 평가한 결과, CD31의 발현이 나타나는 주변부로 혈관주변세포 마커인 PDGFRβ 및 혈관평활근세포 마커인 αSMA가 발현되는 것을 확인하였다 (도 15A 및 B, 및 도 16). 또한, 투과전자현미경을 통해 혈관의 내강 형성, 밀착연접 및 기저막으로 형성된 층이 확인되었다 (도 15C). 아울러, H-CO 및 L-CO의 혈관화 관련 유전자 및 단백질의 발현을 비교 분석한 결과, PDGFRβ, CALPONIN1, COL4A1, COL4A2 및 α-SMA의 발현이 L-CO에 비해 H-CO에서 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다 (도 15D 및 E).In order to evaluate the vascular maturity of the cardiovascular organoid prepared in Example 2, the formation of various cells constituting the blood vessels was evaluated. As a result, the periphery cell marker PDGFRβ and the vascular smooth muscle cell marker CD31 were expressed in the peripheral area. It was confirmed that αSMA was expressed (Figures 15A and B, and Figure 16). In addition, the formation of the lumen of blood vessels, tight junctions, and a layer formed by the basement membrane were confirmed through transmission electron microscopy (Figure 15C). In addition, as a result of comparative analysis of the expression of vascularization-related genes and proteins in H-CO and L-CO, the expression of PDGFRβ, CALPONIN1, COL4A1, COL4A2, and α-SMA was significantly higher in H-CO compared to L-CO. An increase was confirmed (Figures 15D and E).

이를 통해, 혈관내피세포를 공배양 하거나, 외인성 혈관 유도 인자를 처리하지 않고 심장 발생을 모사하는 본 발명의 자가조립화 심장 모사 방법을 통해 혈관화된 심장 오가노이드를 제조할 수 있음을 확인하였다.Through this, it was confirmed that vascularized cardiac organoids can be produced through the self-assembly heart simulation method of the present invention, which simulates heart development without co-culturing vascular endothelial cells or treating exogenous vascular inducing factors.

실시예 7.Example 7. 마이크로 심혈관 오가노이드의 심실 성숙 및 혈관 생성 분화 기전 분석Analysis of ventricular maturation and angiogenic differentiation mechanisms of micro cardiovascular organoids

본 발명의 심혈관 오가노이드의 심근세포 성숙 및 혈관 네트워크 형성에 관여하는 유전자 신호 기전 경로를 확인하기 위해, H-CO 및 L-CO의 분화유도 후 5일, 15일 및 25일에 관련 전사체를 분석하고 (도 17A 및 B), 히트맵(heatmap) 분석을 통하여 심장으로의 특이적으로 분화됨을 확인하였다 (도 18). GO 분석 결과, 심실세포 성숙에 관여하는 유전자 및 혈관 네트워크 형성과 관련된 유전자의 발현이 증가하는 것으로 나타났다 (도 17C). 또한, 히트맵(heatmap) 분석 결과, 심실, 심근 및 심장의 구조적 성숙, 대사 성숙, 심장세포 접합, 심장 전도 및 칼슘 채널 활성, 혈관 발달, 혈관 형태 형성, 및 혈관 내강화가 15일 및 25일에 H-CO에서 L-CO보다 증가하는 것으로 나타났다 (도 17D 및 E). 또한, GO(gene ontology) 분석을 통해 심근 성숙 및 혈관 생성의 주요 신호 기전 경로 분석한 결과, 세포외 기질, 인테그린 신호 경로, 국소부착, TGFβ에 대한 반응 및 혈관 신생에 대한 유전자 신호 기전 경로가H-CO에서 L-CO에 비해 증가하는 것으로 나타난 반면 (도 17F), 신경계 발달, 세포 주기 및 DNA 복제에 대한 유전자 신호 기전 경로는 감소되는 것으로 나타났다 (도 17G). 또한, 히트맵을 통해 분석된 주요 유전자 신호 기전 경로의 관련 유전자 발현은 15일 및 25일에 H-CO에서 L-CO에 비해 증가하는 것으로 나타났다 (도 17H). 또한, 유전자 네트워크 분석(network analysis)을 통해 심실세포 성숙과 혈관 네트워크 형성 사이에 세포외 기질, 인테그린, 국소부착, TGFβ 신호전달 및 혈관 신생의 분자 네트워크가 공유됨을 확인하였다 (도 17I). 이에, 해당 신호 경로를 RNA-Seq 및 중합효소연쇄반응 분석을 통해 해당 신호 경로를 추가로 검증한 결과, RNA-Seq 결과에서, 세포외 기질 유전자, 인테그린 유전자, TGFβ 신호전달 및 혈관 신생 유전자의 발현이 15일 및 25일에 H-CO가 L-CO에 비해 증가하였으며 (도 17A), RNA-Seq 분석을 통해 선별된 유전자 중 세포외 기질 유전자 (COL3A1, LAMA5, LAMB1), 인테그린 유전자(ITGA3), TGFβ 신호전달 경로 유전자 (PITX1 및 PITX3) 및 혈관 신생 유전자 (FGFR4)가 L-CO에 비해 H-CO에서 증가하는 것을 중합효소연쇄반응 분석을 통해 확인하였다 (도 19B).In order to identify the gene signaling mechanism pathways involved in cardiomyocyte maturation and vascular network formation in the cardiovascular organoid of the present invention, related transcripts were analyzed at 5, 15, and 25 days after differentiation induction of H-CO and L-CO. analysis (FIGS. 17A and B), and specific differentiation into the heart was confirmed through heatmap analysis (FIG. 18). GO analysis results showed that the expression of genes involved in ventricular cell maturation and genes involved in vascular network formation increased (Figure 17C). In addition, heatmap analysis results showed that structural maturation, metabolic maturation, cardiac cell junction, cardiac conduction and calcium channel activity, vascular development, vascular morphogenesis, and vascular stiffening of the ventricle, myocardium, and heart were significantly increased at 15 and 25 days. appeared to increase in H-CO over L-CO (Figure 17D and E). In addition, as a result of analyzing the main signaling mechanism pathways of myocardial maturation and angiogenesis through GO (gene ontology) analysis, the gene signaling mechanism pathways for extracellular matrix, integrin signaling pathway, focal adhesion, response to TGFβ, and angiogenesis were H. While -CO was found to be increased compared to L-CO (Figure 17F), gene signaling pathways for nervous system development, cell cycle and DNA replication were shown to be decreased (Figure 17G). In addition, the expression of related genes in the major gene signaling pathways analyzed through heatmap was found to increase in H-CO compared to L-CO on days 15 and 25 (Figure 17H). In addition, through gene network analysis, it was confirmed that the molecular networks of extracellular matrix, integrins, focal adhesion, TGFβ signaling, and angiogenesis were shared between ventricular cell maturation and vascular network formation (Figure 17I). Accordingly, as a result of further verifying the signaling pathway through RNA-Seq and polymerase chain reaction analysis, the RNA-Seq results showed the expression of extracellular matrix genes, integrin genes, TGFβ signaling, and angiogenesis genes. On days 15 and 25, H-CO increased compared to L-CO (Figure 17A), and among the genes selected through RNA-Seq analysis, extracellular matrix genes (COL3A1, LAMA5, LAMB1) and integrin genes (ITGA3) , it was confirmed through polymerase chain reaction analysis that TGFβ signaling pathway genes (PITX1 and PITX3) and angiogenic genes (FGFR4) increased in H-CO compared to L-CO (Figure 19B).

실시예 8. CO에서 심근 성숙 및 혈관 네트워크 형성 관련 신호 기전 분석Example 8. Analysis of signaling mechanisms related to myocardial maturation and vascular network formation in CO

상기 실시예 7에서 전사체 로파일링을 통해 선별한 유전자의 단백질 발현을 웨스턴블롯을 통하여 검증하였다. 그 결과, 세포외 기질 관련 단백질 (COL1A, LaminA 및 FN1) 및 인테그린 관련 단백질 (ITGB1, ITGB3 및 ITGB4)은 15일 및 25일에 L-CO에 비해 H-CO에서 현저하게 증가하였으며 (도 19C), Rho 관련 단백질 키나아제인 ROCK1, pFAK 및 LIMK1 발현이 L-CO에 비해 H-CO에서 15일 및 25일에 증가하였다. 반면, pLIMK는 25일째에만 증가하는 것으로 나타났다. 또한, pCofilin은 L-CO에 비해 H-CO에서 15일 및 25일째 모두 증가했지만, pRAC 및 pMLC는 차이가 없는 것을 확인하였다 (도 19D). 이러한 결과는 세포외 기질-인테그린을 통한 ROCK1-pFAK-pLIMK-pCofilin 경로의 활성화가 심근세포의 성숙에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다. 또한, TGFβ 슈퍼패밀리(superfamily)에 속하며 포유류의 심장 발달에서 좌우 비대칭을 조절하는 것으로 알려진 LEFTY 및 NODAL 신호의 좌-우 신호 경로의 다운스트림인 PITX2는 H-CO와 L-CO에서 발현 차이가 없는 것으로 나타났으며, pSMAD1/5는 검출되지 않았다 (도 19E). 또한, 전사체 프로파일링 분석을 통해 선별한 혈관 네트워크 형성에 관여하는 신호전달 경로 유전자를 웨스턴블롯으로 분석한 결과, 15일 및 25일에 H-CO에서 PDGFRα, PDGFRβ, VEGFR2, pPDGFRα, pVEGFR2 및 peNOS 발현이 L-CO에 비해 증가하였다. 또한, HIF2A 발현은 25일에 증가하였다 (도 19F). Protein expression of genes selected through transcriptome profiling in Example 7 was verified through Western blot. As a result, extracellular matrix-related proteins (COL1A, LaminA, and FN1) and integrin-related proteins (ITGB1, ITGB3, and ITGB4) were significantly increased in H-CO compared to L-CO on days 15 and 25 (Figure 19C). , expression of Rho-related protein kinases ROCK1, pFAK, and LIMK1 was increased on days 15 and 25 in H-CO compared to L-CO. On the other hand, pLIMK appeared to increase only on day 25. In addition, pCofilin increased on both 15th and 25th days in H-CO compared to L-CO, but there was no difference in pRAC and pMLC (Figure 19D). These results suggest that activation of the ROCK1-pFAK-pLIMK-pCofilin pathway through extracellular matrix-integrin may play an important role in the maturation of cardiomyocytes. Additionally, PITX2, which belongs to the TGFβ superfamily and is downstream of the left-right signaling pathway of LEFTY and NODAL signaling, which is known to regulate left-right asymmetry in mammalian cardiac development, showed no difference in expression in H-CO and L-CO. It was found that pSMAD1/5 was not detected (Figure 19E). In addition, as a result of Western blot analysis of signaling pathway genes involved in vascular network formation selected through transcript profiling analysis, PDGFRα, PDGFRβ, VEGFR2, pPDGFRα, pVEGFR2, and peNOS were found in H-CO on days 15 and 25. Expression increased compared to L-CO. Additionally, HIF2A expression increased on day 25 (Figure 19F).

실시예 9. LIMK/Cofilin 신호전달 경로 억제를 통한 CO에서 CM 성숙도 및 혈관 생성 평가Example 9. Evaluation of CM maturity and angiogenesis in CO through inhibition of LIMK/Cofilin signaling pathway

상기 실시예 8에서 LIMK/Cofilin 신호전달 경로가 유의하게 활성화되었기 때문에 CM 성숙 및 혈관 형성에서 LIMK/Cofilin 신호전달 경로의 역할을 평가하기 위해, 분화 11일에 H-CO를 대조군인 DMSO 또는 LIMK(LIM Kinase) 억제제인 LIMKi3로 각각 처리하고 15일에 qRT-PCR 및 웨스턴 블롯 분석을 수행하였다. 그 결과, pLIMK, LIMK 및 pCofilin 발현이 LIMKi3 처리군에서 감소하는 것으로 나타났고 (도 20A), CM 성숙 관련 유전자 cTnT, MLC2v, MLC2a 및 JPH2의 유전자 및 단백질 발현 수준이 LIMKi3 처리된 H-CO에서 감소하였다 (도 20B 및 C). 또한, 혈관 형성 관련 유전자인 PDGFRβαSMA 및 vWF의 발현 수준이 감소하였다 (도 20D). 이러한 결과는 LIMK/Cofilin 신호가 H-CO에서 CM 성숙 및 혈관형성에 관여한다는 것을 나타낸다. 또한, LIMKi3로 처리된 H-CO에서 ECM-인테그린 상호작용, LEFTY-NODAL, pPDGFRα, pPDGFRβpVEGFR 및 peNOS 신호 전달 경로가 영향을 받는지 여부를 확인한 결과, COL4A2, LAMA2, LAMC1, LAMC3, ITGB3 및 ITGA7의 유전자 발현 수준은 LIMKi3 처리된 H-CO에서 유의하게 감소하였으며, ECM 유전자 (COL1A1, Laminin 및 FN1)의 단백질 발현은 LIMKi 처리된 H-CO에서 감소하였다 (도 20G). NODAL은 LIMKi3 처리군에서 감소한 반면, LEFTY의 단백질 수준은 DMSO 대조군에 비해 LIMKi3 처리군에서 증가하였고, SMAD2 및 SMAD3의 인산화는 LIMKi3 처리군에서 증가한 것으로 나타났다 (도 20H). 또한, PDGFRα, pPDGFRα 및 pPDGFRβ의 단백질 발현 수준은 LIMKi3 처리된 H-CO에서 감소하였고, peNOS는 DMSO 대조군에 비해 LIMKi3 처리군에서 하향 조절된 반면, VEGFR2, pVEGFR2 및 HIF2A는 LIMKi3 처리군과 DMSO 대조군 간에 차이가 없는 것으로 나타났다 (도 20I). Since the LIMK/Cofilin signaling pathway was significantly activated in Example 8, to evaluate the role of the LIMK/Cofilin signaling pathway in CM maturation and angiogenesis, H-CO was added to the control group DMSO or LIMK (DMSO) on day 11 of differentiation. Each was treated with LIMKi3, a LIM Kinase) inhibitor, and qRT-PCR and Western blot analysis were performed on day 15. As a result, pLIMK, LIMK, and pCofilin expression were found to be decreased in the LIMKi3-treated group (Figure 20A), and gene and protein expression levels of CM maturation-related genes cTnT, MLC2v, MLC2a, and JPH2 were decreased in LIMKi3-treated H-CO. (Figures 20B and C). Additionally, the expression levels of angiogenesis-related genes PDGFRβαSMA and vWF were decreased (Figure 20D). These results indicate that LIMK/Cofilin signaling is involved in CM maturation and angiogenesis in H-CO. Additionally, we determined whether ECM-integrin interactions, LEFTY-NODAL, pPDGFRα, pPDGFRβpVEGFR, and peNOS signaling pathways were affected in H-CO treated with LIMKi3, and genes of COL4A2, LAMA2, LAMC1, LAMC3, ITGB3, and ITGA7 were identified. Expression levels were significantly decreased in LIMKi3-treated H-CO, and protein expression of ECM genes (COL1A1, Laminin, and FN1) was decreased in LIMKi-treated H-CO (Figure 20G). NODAL decreased in the LIMKi3-treated group, while the protein level of LEFTY increased in the LIMKi3-treated group compared to the DMSO control group, and phosphorylation of SMAD2 and SMAD3 was found to increase in the LIMKi3-treated group (Figure 20H). Additionally, the protein expression levels of PDGFRα, pPDGFRα and pPDGFRβ were decreased in LIMKi3-treated H-CO, peNOS was downregulated in LIMKi3-treated group compared to DMSO control group, while VEGFR2, pVEGFR2 and HIF2A were downregulated between LIMKi3-treated group and DMSO control group. There appeared to be no difference (Figure 20I).

결론적으로, LIMK/Cofilin 신호가 세포외 기질-인테그린 상호작용, TGFβ신호 경로 (NODAL, pSMAD2 및 pSMAD3) 및 혈관 형성 경로 (PDGFRα, pPDGFRα, pPDGFRβ 및 peNOS)와 함께 활성화되고, 특히, LIMK가 혈관화된 심장 오가노이드에서 심근세포의 성숙 및 혈관 네트워크 형성을 촉진하는 역할을 하는 것을 확인하였다.In conclusion, LIMK/Cofilin signaling is activated together with extracellular matrix-integrin interaction, TGFβ signaling pathway (NODAL, pSMAD2, and pSMAD3) and angiogenic pathway (PDGFRα, pPDGFRα, pPDGFRβ, and peNOS), and in particular, LIMK promotes vascularization. It was confirmed that it plays a role in promoting the maturation of cardiomyocytes and the formation of vascular networks in heart organoids.

실시예 9. 유도 만능 줄기세포 유래 CO 제조 및 분석Example 9. Production and analysis of CO derived from induced pluripotent stem cells

본 발명의 심혈관 오가노이드의 구축법이 인간 배아 줄기세포뿐만 아니라, 인간유도 만능 줄기세포에서도 동일한 심혈관 오가노이드를 생성하는지 확인하기 위해, 인간 유도 만능 줄기세포를 이용하여 상기 실시예 2의 방법으로 심혈관 오가노이드를 제조하고 심근세포, 혈관내피세포 및 섬유아세포와 같은 심장 구성세포로의 분화 및 성숙도를 분석하고, H-CO와 L-CO를 형광면역염색법을 통하여 MLC2v+, CD31+ 및 FSP-1+의 세포 비율을 조사하였다. In order to confirm whether the method for constructing cardiovascular organoids of the present invention generates the same cardiovascular organoids not only from human embryonic stem cells but also from human induced pluripotent stem cells, cardiovascular organoids were performed using human induced pluripotent stem cells by the method of Example 2 above. The nooids were prepared and the differentiation and maturity of cardiac cells such as cardiomyocytes, vascular endothelial cells, and fibroblasts were analyzed, and MLC2v+, CD31+, and FSP-1+ cells were analyzed using H-CO and L-CO fluorescent immunostaining. The ratio was investigated.

그 결과, MLC2v+ 심근세포 및 CD31+ 혈관내피세포의 비율은 L-CO보다 H-CO에서 증가한 반면, FSP-1+ 섬유아세포의 비율은 H-CO 및 L-CO에서 유사한 것으로 나타났다 (도 21A). 또한, MLC2v 및 MLC2a의 발현은 L-CO보다 H-CO에서 증가하였으며, TBX18 발현은 L-CO에 비해 H-CO에서 증가하였다 (도 21B). 또한, cTnT, cTnI, CAV3, JPH2, CPT1β 및 Cx43와 같은 심장 분화, 성숙 및 대사 관련 유전자의 발현이 L-CO에 비해 H-CO에서 증가된 것을 확인하였다 (도 21C 내지 E). 또한, CD31, vWF, PDGFRβ, αSMA 및 COL4A1 등 혈관 네트워크 형성을 위한 유전자의 발현이 L-CO에 비해 H-CO에서 증가된 것을 확인하였다 (도 21F). FSP-1의 발현은 H-CO와 L-CO에서 차이가 없었다 (도 21G). 따라서 본 발명에서 확립한 성숙한 심혈관 오가노이드 분화 프로토콜이 인간 배아 줄기세포뿐만이 아니라, 인간 유도 만능 줄기세포에도 보편적으로 적용 가능함을 확인하였다. As a result, the proportion of MLC2v + cardiomyocytes and CD31 + vascular endothelial cells increased in H-CO compared to L-CO, while the proportion of FSP-1 + fibroblasts was similar in H-CO and L-CO (Figure 21A ). Additionally, expression of MLC2v and MLC2a increased in H-CO compared to L-CO, and TBX18 expression increased in H-CO compared to L-CO (Figure 21B). In addition, the expression of cardiac differentiation, maturation, and metabolism-related genes such as cTnT, cTnI, CAV3, JPH2, CPT1β, and Cx43 was confirmed to be increased in H-CO compared to L-CO (FIG. 21C to E). In addition, it was confirmed that the expression of genes for vascular network formation, such as CD31, vWF, PDGFRβ, αSMA, and COL4A1, was increased in H-CO compared to L-CO (Figure 21F). Expression of FSP-1 did not differ between H-CO and L-CO (Figure 21G). Therefore, it was confirmed that the mature cardiovascular organoid differentiation protocol established in the present invention is universally applicable not only to human embryonic stem cells but also to human induced pluripotent stem cells.

상기 실시예들을 통해, 본 발명에서는 ROCK-pFAK-pLIMK-pCofilin, LEFTY-NODAL, pPDGFRα, pPDGFRβ, pVEGFR 및 peNOS 신호전달 경로가 세포외 기질-인테그린 상호작용에 의해 활성화되어 인간 다능성 줄기세포 유래 혈관화된 심장 오가노이드에서 심근세포의 성숙 및 혈관 네트워크 형성을 유도하며, LIMK가 세포외 매트릭스-인테그린 경로를 통해 성숙한 심혈관 오가노이드의 생성을 촉진하는 것을 확인하였다 (도 20J).Through the above examples, in the present invention, the ROCK-pFAK-pLIMK-pCofilin, LEFTY-NODAL, pPDGFRα, pPDGFRβ, pVEGFR and peNOS signaling pathways are activated by extracellular matrix-integrin interaction to activate human pluripotent stem cell-derived blood vessels. It was confirmed that LIMK induces the maturation of cardiomyocytes and the formation of a vascular network in the mature cardiac organoids, and that LIMK promotes the generation of mature cardiovascular organoids through the extracellular matrix-integrin pathway (FIG. 20J).

Claims (13)

LIMK(LIM Kinase) 단백질, LIMK 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터, LIMK 단백질 발현 촉진제 또는 LIMK 단백질 활성화제를 유효성분으로 포함하는 심혈관 오가노이드(cardiovascular organoids, CO) 성숙용 조성물.A composition for maturing cardiovascular organoids (CO) comprising a LIMK (LIM Kinase) protein, a vector containing a polynucleotide encoding the LIMK protein, a LIMK protein expression promoter, or a LIMK protein activator as an active ingredient. 제 1항에 있어서, 심근세포의 성숙을 촉진하는, 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물.The composition for maturation of cardiovascular organoids according to claim 1, which promotes maturation of cardiomyocytes. 제 1항에 있어서, 혈관 네트워크 형성을 촉진하는, 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물.The composition for maturation of cardiovascular organoids according to claim 1, which promotes vascular network formation. 제 1항에 있어서, cTnT, MLC2v, MLC2a 또는 JPH2의 유전자 및 단백질 발현을 증가시키는, 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물.The composition for cardiovascular organoid maturation according to claim 1, which increases gene and protein expression of cTnT, MLC2v, MLC2a or JPH2. 제 1항에 있어서, PDGFRβ, αSMA 또는 vWF의 유전자 및 단백질 발현을 증가시키는, 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물.The composition for cardiovascular organoid maturation according to claim 1, which increases gene and protein expression of PDGFRβ, αSMA or vWF. 제 1항에 있어서, 인간 다능성 줄기세포 유래 미성숙(immature) 심혈관 오가노이드의 in vitro 성숙을 촉진하는, 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물.The composition for cardiovascular organoid maturation according to claim 1, which promotes in vitro maturation of immature cardiovascular organoids derived from human pluripotent stem cells. 제 6항에 있어서, 인간 다능성 줄기세포는 배아줄기세포(embryonic stem cells, ESCs) 또는 유도 만능 줄기세포 (induced pluripotent stem cells, iPSCs, 역분화 줄기세포)인, 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물.The composition for maturation of cardiovascular organoids according to claim 6, wherein the human pluripotent stem cells are embryonic stem cells (ESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs). 제 1항의 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물을 포함하는 심혈관 오가노이드 이식용 지지체 조성물.A support composition for cardiovascular organoid transplantation comprising the composition for cardiovascular organoid maturation of claim 1. 제 8항에 있어서, 지지체 조성물에서 미성숙 심혈관 오가노이드를 성숙시키는, 심혈관 오가노이드 이식용 지지체 조성물.9. The support composition for cardiovascular organoid transplantation according to claim 8, wherein immature cardiovascular organoids are matured in the support composition. a) 인간 다능성 줄기세포를 분주 및 배양하여 세포 응집체를 형성하는 단계;
b) 세포 응집체를 분화시켜 심혈관 오가노이드를 제조하는 단계; 및
c) 심혈관 오가노이드에 제 1항의 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물을 처리하는 단계를 포함하는, in vitro에서 성숙된 심혈관 오가노이드를 제조하는 방법.
a) dispensing and culturing human pluripotent stem cells to form cell aggregates;
b) preparing cardiovascular organoids by differentiating cell aggregates; and
c) A method of producing in vitro matured cardiovascular organoids, comprising the step of treating the cardiovascular organoids with the composition for maturing cardiovascular organoids of claim 1.
제 10항에 있어서, 단계 b)에서 세포 응집체는:
ⅰ) Rho kinase 억제제가 포함된 E8 배양액에서 배양하는 단계;
ⅱ) GSK-3 억제제 포함된 RPMI1640, B27 및 인슐린을 포함하는 배양액에서 배양하는 단계; 및
ⅲ) IWP2 처리하고 배양하는 단계를 포함하는 방법으로 심혈관 오가노이드로 분화되는, in vitro에서 성숙된 심혈관 오가노이드를 제조하는 방법.
11. The method of claim 10, wherein in step b) the cell aggregates are:
i) culturing in E8 culture medium containing Rho kinase inhibitor;
ii) culturing in a culture medium containing RPMI1640, B27, and insulin containing a GSK-3 inhibitor; and
iii) A method of producing in vitro mature cardiovascular organoids that are differentiated into cardiovascular organoids by a method comprising the steps of IWP2 treatment and culturing.
제 10항에 있어서, 성숙된 심혈관 오가노이드는 혈관화된 성숙한 심실타입 심혈관 오가노이드인, in vitro에서 성숙된 심혈관 오가노이드를 제조하는 방법. 11. The method of claim 10, wherein the mature cardiovascular organoid is a vascularized mature ventricular type cardiovascular organoid. 인간 다능성 줄기세포 유래의 미성숙 심혈관 오가노이드에 제 1항의 심혈관 오가노이드 성숙용 조성물을 처리하는 단계를 포함하는, in vitro에서 미성숙 심혈관 오가노이드를 성숙시키는 방법.
A method for maturing immature cardiovascular organoids in vitro , comprising treating immature cardiovascular organoids derived from human pluripotent stem cells with the composition for maturing cardiovascular organoids of claim 1.
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EP1651756B1 (en) * 2003-08-01 2010-11-24 Two Cells Co., Ltd Scaffold-free self-organized 3d synthetic tissue
EP3892717A1 (en) * 2015-09-11 2021-10-13 Propagenix Inc. Ex vivo proliferation of epithelial cells
CA3107502A1 (en) * 2018-08-20 2020-02-27 Chengkang ZHANG Epithelial cell spheroids
KR102678908B1 (en) * 2021-05-10 2024-07-01 (주) 넥셀 Methods for preparing heart organoid derived from human pluripotent stem cell and heart organoid derived from human pluripotent stem cell prepared by thereof

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