Efficient and directed differentiation of human pluripotent stem cells (hPSCs) into functional cell types is a major bottleneck for the realization of stem cell therapy. However, efficient differentiation methods in both human embryonic stem cells (hESCs) and human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) should be further investigated. Here, I suggest that functional CD34+ vascular progenitor cells can be efficiently produced by combined modulation of two signaling pathways in hESCs and hiPSCs. The proportion of CD34+ cells (?? 20%) was synergistically enhanced by inhibition of MEK/ERK signaling and activation of BMP4. These hESC-derived CD34+ progenitor cells further developed to endothelial and smooth muscle cells with functionality. Moreover, hESC- and hiPSC-derived CD34+ progenitor cells could be contributed directly to neovasculogenesis in ischemic mouse hindlimbs, thereby resulting in improved blood perfusion and limb salvage. Our results show that combined modulation of signaling pathways may be an efficient means of differentiating hESCs and hiPSCs into functional CD34+ progenitor cells.
인간만능줄기세포는 크게 인간배아줄기세포와 인간역분화줄기세포로 나눌 수 있다. 인간배아줄기세포는 인간배아의 배반포기의 내부세포괴로부터 유래하며, 인간역분화줄기세포는 체세포에 OCT4, SOX2, C-MYC, KLF4등 네가지의 전사인자를 넣어, 인간배아줄기세포와 같은 특성을 같는 세포를 말한다. 이 두 세포는 크게 두 가지의 독특한 특성을 가지고 있다. 첫째는, 자가재생산의 특성을 가지고 있어 스스로 무한히 증식할 수 있고, 둘째는, 거의 모든 세포로 분화할 수 있는 분화전능성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 세포들을 특정세포로 분화하여 다양한 질환의 치료에 사용할 수 있다. 따라서, 인간만능줄기세포를 이용하여 특정세포타입으로의 효율적이고, 직접적인 분화방법의 개발은 줄기세포를 임상에 적용하기 위해 극복해야 할 주된 과제이다. 하지만, 인간배아 줄기세포 및 인간역분화줄기세포에 공통으로 적용할 수 있는 효과적인 분화방법에 대한 연구는 아직 미흡하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 인간배아 줄기세포 및 인간역분화줄기세포의 자가재생산에 관련한 신호전달체계를 조절하여, 기능성을 지닌 CD34양성혈관전구세포로의 효과적인 분화방법에 대한 연구를 수행하였다. 인간배아줄기세포의 자가재생산의 조절에 필수적인 MEK/ERK 및 BMP4신호전달체계를 조절하여, 인간배아줄기세포 및 인간역분화줄기세포로부터 CD34양성혈관전구세포로의 분화효율을 약 20%까지 향상시켰다. 또한, 이들 CD34 양성혈관전구세포는 체외에서 혈관내피세포 및 평활근세포로 더욱 분화되는 특성을 지녔다. 특히, CD34양성혈관전구세포를 하지허혈성모델생쥐에 주입했을 때, 혈류량 증가 및 하지의 괴사가 억제됨을 확인하였다. 결론적으로, 이러한 연구들을 통해 신호전달체계의 조절을 통한 분화방식이 인간배아줄기세포 및 인간역분화줄기세포를 특정세포로 분화시키는데 효율적인 분화방식임을 입증하였다.
