Abstract
In this study, optimal conditions to infect CD34 positive cells containing hematopoietic stem cells obtained from cord blood and bone marrow were found using two different retroviral vectors expressing human growth hormone (hGH) and $\beta$-galactosidase. CD34 positive cells were successfully infected with recombinant retroviruses only when the CD34 positive cells were co-cultured with packaging cells secreting recombinant retroviruses. To find the highest infection efficiency for the gene transfer, CD34 positive cells from cord blood were co-cultured with packaging cells secreting recombinant retroviruses encoding E. coli lacZ gene. The highest infection efficiency was obtained when CD34 positive cells were cultured for 3 days, and then co-culturing was done for another 2 days. When CD34 positive cells from bone marrow were co-cultured with packaging cells secreting recombinant retroviruses encoding hGH gene, the maximum amount of hGH was also secreted at the same conditions found above, i.e. 3 days of culture and 2 days of co-culture. These results show that there are optimal conditions for the gene transfer into hematopoietic stem cells regardless of sources of target cells or retroviral vectors used to infect.
본 연구는 제대혈과 골수로부터 얻은 조혈모세포를 재조합 retrovirus로 감염시킬 때의 최적조건을 human growth hormone (hGH)과 $\beta$-galactosidase를 발현하는 두 가지의 다른 retroviral vector를 이용하여 찾았다. Retrovirus는 자라는 세포에만 감염하는 것으로 알려져 있어 이에 대한 최적조건을 구하기 위해 세포 배양을 통해 조혈모세포의 성장곡선을 얻었으며, 또한 감염된 세포를 환자에게 다시 넣는 유전자요법에서는 이 세포가 체내에서 가능하면 조혈모세포의 기능을 가지는 것이 요구되어 이 때 얻어진 세포의 분열능을 나타내는 집락형성 세포분율을 구하였다. 우선, 세포성장에 대해 조사한 결과 초기에 넣은 세포농도가 5$\times$$10^4$세포/mL일 때 세포성장속도가 가장 빠른 것으로 나타났다. 그러나, 배양시간이 지남에 따라 집락을 형성할 수 있는 능력은 급격하게 감소하여 유전자요법을 위한 최적조건을 구하기 위해서는 이를 고려한 최적화가 필요하였다. 이를 위한 예비실험으로 감염이 잘 된다고 알려진 NIH3T3 세포에 retrovirus 상층액으로 감염시킨 결과 성공적으로 유전자가 전달된 것을 배지에 분비되는 hGH을 측정하여 확인하였다. 이러한 결과로부터 hGH을 발현하는 재조합 retrovirus는 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다. 그러나, 조혈모세포와 retrovirus를 분비하는 packaging cell을 동시 배양하는 방법을 채택하였다. 제대혈로부터 얻은 조혈모세포와 대장균 lacZ 유전자로부터 $\beta$-galactosidase를 분비하는 packaging cell을 이용한 경우 동시배양의 경우 조혈모세포를 3일 동안 세포배양을 한 후 이 증식된 세포를 48시간 동안 동시배양하면서 감염시켰을 때 최대의 감염율을 나타내었다. 한편, 골수로부터 얻은 조혈모세포와 hGH을 분비하는 packaging cell과 동시배양시켰을 때 세포농도가 다름에도 불구하고 제대혈에서와 마찬가지로 조혈모세포를 3일 동안 세포배양한 후 48시간 동안 동시배양하는 경우에 hGH이 최대로 분비되었다. 이러한 결과로부터 세포의 source나 세포농도와 관계없이 유전자전달을 통한 단백질의 발현에 있어서 최적조건이 존재하였다. 그러나, 이러한 경우에 유전자전달이 완료되는 시점이 배양을 시작한지 5일이 되므로 집락을 형성할 수 있는 세포의 분율이 약 1/3로 감소하였다. 따라서, 이러한 결과를 유전자요법에 적용하는 경우에는 그 목적에 따라 적절한 실험조건을 선정하는 것이 필요하리라 사료된다.
