Minimum Volume Cooling 방법을 이용한 효율높은 인간배아줄기세포동결

A New Efficient Cryopreservation of Human Embryonic Stem Cells by a Minimum Volume Cooling Method

  • 김은영 (마리아 기초의학연구소/마리아바이오텍) ;
  • 박세영 (마리아 기초의학연구소/마리아바이오텍) ;
  • 윤지연 (마리아 기초의학연구소/마리아바이오텍) ;
  • 길광수 (마리아 기초의학연구소/마리아바이오텍) ;
  • 이창현 (마리아 기초의학연구소/마리아바이오텍) ;
  • 이건섭 (마리아 기초의학연구소/마리아바이오텍) ;
  • 태진철 (마리아 기초의학연구소/마리아바이오텍) ;
  • 김남형 (충북대학교) ;
  • 이원돈 (마리아불임병원) ;
  • 정길생 (건국대학교) ;
  • 박세필 (마리아 기초의학연구소/마리아바이오텍) ;
  • 임진호 (마리아불임병원)
  • 발행 : 2004.03.30

초록

연구 목적: 본 연구는 인간배아줄기세포 동결에 minimum volume cooling (MVC) 초자화 동결방법이 유용하게 이용될 수 있는지의 여부를 조사하고자 실시하였다. 연구재료 및 방법: 인간배아줄기세포 콜로니는 0.05% collagenase 처리와 기계적 처리에 의해 작은 clumps로 자른 다음 동결 방법에 따른 효율을 비교 검토하고자, i) 대략 40-50개의 clumps를 10% DMSO가 들어있는 동결액에 $5{\sim}10$분간 처리하여 1ml cryo-vial에 넣고 slow-cooling용 cryo-module에 장착하고 -80C에서 overnight한 후 $LN_2$에 침지하여 완만동결을 실시하거나 ii) 10% ethylene glycol (EG)이 들어 있는 동결액에서 5$\sim$10분 처리하고 30% EG과 0.5 mol sucrose가 들어 있는 동결액에서 30초간 처리하여 본 연구를 위해 개발된 MVC straw에 10 clumps씩 적재한 다음 $4{\sim}5$ MVC straw를 $LN_2$가 들어있는 cryo-vial에 넣어 MVC 초자화동결을 실시하였다. 융해 후 생존율을 조사하였고 배아줄기세포의 특성을 유지하고 있는지의 여부를 조사하였다. 결 과: 융해 후, 인간배아줄기세포의 생존율은 완만동결을 실시했던 군 (20.0%) 보다 MVC 초자화동결을 실시했던 군에서 (76.0%) 유의하게 높게 나타났다. 또한 회복과정에서 완만동결을 실시했던 군에서는 세포성장이 매우 더디고 안 좋은 반면, MVC 초자화동결을 실시했던 군은 배아줄기세포의 증식이 동결을 실시하지 않은 세포와 같은 상태로 2주 이후부터 빠르게 전환되고 회복되는 것을 확인할 수 있었다. 이와 더불어 MVC 초자화동결-융해 후 회복된 배아줄기세포에서 정상 핵형, alkaline phosphatase acitivity, SSEA-4와 TRA-1-60 염색 및 Oct-4 발현을 확인하였으며 체외분화의 특성도 확인하였다. 결 론: 새로이 개발된 MVC 초자화동결을 이용하면 인간배아줄기세포는 고유의 특성을 잃지 않고 성공적으로 동결될 수 있다.

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참고문헌

  1. Kasai M, Komi JH, Takakamo K, Isudera H, Sakurai T, Machida T. A simple method for mouse embryo cryopreservation in a low toxicity vitrification solution, without appreciable loss of viability. J Reprod Fertil 1990; 89: 91-7 https://doi.org/10.1530/jrf.0.0890091
  2. Kaufman DSD, Hanson ET, Lewis RL, Auerbach RA, Thomson JA. Hematopoietic colony-forming cells derived from human embryonic stem cells.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001; 98: 10716-21 https://doi.org/10.1073/pnas.191362598
  3. Kehat I, Kenyagin-Karsenti D, Snir M, Segev H, Amit M, Gepstein A, Livne E, Binah O, Itskovitz-Eldor J, Gepstein L. Human embryonic stem cells can differentiate into myocytes with structural and functional properties of cardomyocytes. The J. Clinic. Invest. 2001; 108(3): 407-14
  4. Kim EY, Kim DI, Lee MG, Weon YS, Nam HK, Lee KS, Park SY, Park EM, Yoon JY, Heo YT, Cho HJ, Park SP, Chung KS, Lim JH. Establishment of bovine ovum bank: I. Full term development of vitrified in vitro matured Hanwoo (Korean cattle) oocytes by minimum volume cooling (MVC) method. Kor. J. Anim. Reprod. 2001; 25(1): 1-7
  5. Lane M, Forest KT, Lyons EA, Bavister BD. Live births following vitrification of hamster embryos using a novel containerless technique. Theriogenology 1999; 51: 167 https://doi.org/10.1016/S0093-691X(99)91726-0
  6. Lumelsky N, Blondel O, Laeng P, Velasco I, Ravin R, Mckay R. Differentiation of embryonic stem cells to insulin-secreting structures similar to pancreatic islets. Science 2001; 292: 1389-94 https://doi.org/10.1126/science.1058866
  7. Massip A, Mermillod P, Dinnyes A. Morphology and biochemistry of in-vitro produced bovine embryos: implications for their cryopreservation. Hum. Reprod. 1995; 10: 3004-11
  8. Park SP, Lee YJ, Lee KS, Shin HY, Cho HW, Chung KS, Kim EY, Lim JH Establishment of human embryonic stem cell lines from frozenthawed blastocysts using STO cell feeder layers. Hum. Reprod. 2004, in press.
  9. Rall WF. Factors affecting the survival of mouse embryos cryopreserved by vitrification. Cryobiolog, y 1987; 24: 387-402 https://doi.org/10.1016/0011-2240(87)90042-3
  10. Reubinoff BE, Pera MF, Fong CY, Trounson A, Bongso A. Embryonic stem cell lines from human blastocysts: somatic differentiation in vitro. Nat.Biotech. 2000; 18: 399-404 https://doi.org/10.1038/74447
  11. Reubinoff BE, Pera MF, Vajta G, Trounson AO. Effective cryopreservation of human embryonic stem cells by the open pulled straw vitrification method. Hum. Reprod. 2001; 16(10): 2187-94
  12. Rohwedel J, Guan K, Wobus AM. Induction of cellular differentiation by retinoic acid in vitro. Cells tissues Organs 1999; 165(3-4): 190-202 https://doi.org/10.1159/000016699
  13. Solter D, Knowles B. (1975) Immunosurgery of mouse blastocyst. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1975; 72: 5099-102 https://doi.org/10.1073/pnas.72.12.5099
  14. Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM. Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science 1998; 282: 1145-7 https://doi.org/10.1126/science.282.5391.1145
  15. Xu RH, Chen X, Li DS, Li R, Addicks GC, Glennon C, Zwaka TP, Thomson JA. BMP4 initiates human embryonic stem cell differentiation to trophoblast. Nat.Biotech. 2002; 20: 1261-4. https://doi.org/10.1038/nbt761
  16. Zeron Y, Pearl M, Borochov A, Arav A. Kinetic and temporal factors influence chilling injury to germinal vesicle and mature bovine oocytes. Cryobiology 1999; 38: 35-42 https://doi.org/10.1006/cryo.1998.2139
  17. Zwaka TP, Thomson JA. Homologous recombination in human embryonic stem cells. Nat. Biotech. 2003; 10: 1038