전분화능 줄기세포유래 CAR-macrophage 세포를 이용한 유전자 세포 치료제 개발 기반 구축

초록

ㅁ 연구 목표 ㅇ 알츠하이머성 치매 질환의 원인 물질을 항원으로 인지하는 수용체를 탑재한 CAR-M 유전자 면역세포 치료 기술 개발 및 항암 인지 CAR-M 의 개발 가능성 탐색 ㅁ 연구내용 및 결과 ㅇ CAR-engineered pluripotent stem cell line 구축 및 분화법 개발 1) 전분화능줄기세포 유래 마크로파지 분화 및 유전자 도입 기법 최적화 - 학술연구용역과제로 도출된 알츠하이머성 치매 또는 고형암 특이적 CAR 유전자 벡터를 전분화능 줄기세포주에 도입 ‧ 임상가능 전분화능줄기세포주와 배아줄기세포주를 활용하여 CAR 유전자 도입 및 유전자 변형세포주 구축 ‧ 도입이 확인된 세포주 (단일클론으로 확보)로부터 마크로파지 분화 ‧ 분화된 마크로파지에서 CAR발현 유무 확인 및 기능확인 2) 전분화능줄기세포 유래 뇌 마이크로글리아 세포 분화기술 개발 ‧ 기존 전분화능줄기세포 유래 마크로파지 대량생산 기술을 개선하여 뇌조직 내 마크로파지세포인 마이크로글리아 세포 in-vitro 분화시도 ‧ 분화된 마이크로글리아 세포의 표현형 확인을 통해 분화법 구축 ‧ 분화된 마이크로글리아 세포의 특성확인 ‧ CAR 도입된 전분화능줄기세포주로부터 microglia cell 분화: Induced CAR-engineerd microglia cell (iCAR-MG) ㅇ CAR 유전자 도입 마이크로글리아 세포(iCAR-MG)의 기능 및 특성분석 In-vitro 상에서 전분화능 줄기세포유래 iCAR-MG 의 Amyloid beta phagocytosis 효능 평가 ‧ phagocytosis 발생시 문제가 될수 있는 2차 면역반응 및 염증반응 예측 및 회피 기술 개발 (내외부 협력) *Anti-inflammatory signaling molecule을 CAR contract 내 도입 등 ㅇ 외부 협력을 통해 CAR 유전자 도입 전분화능줄기세포주 유래 macrophage 세포(iCAR-M) 의 아밀로이드 베타 phagocytosis 능력 측정 ㅇ 알츠하이머 치매 동물모델 및 뇌 오가노이드에서 iCAR-MG 의 치료효능 검증 - 치매 모델에서 치매 표적 (beta-amyloid) iCAR-MG의 세포 치료제 효능 평가 ㅁ 기대효과 및 활용방안 ㅇ 치매극복을 위한 예측지표개발 및 치료방안 개선방안 도출

This study aims to develop CAR-engineered pluripotent stem cell lines and establish differentiation methods for therapeutic applications. CAR gene vectors specific to Alzheimer’s disease or solid tumors, developed through prior research, were introduced into clinical-grade pluripotent stem cell lines and embryonic stem cell lines to establish genetically modified cell lines. The resulting cell lines were secured as single clones and differentiated into macrophages. CAR expression and functionality in the differentiated macrophages were confirmed. Building on this foundation, microglia differentiation technology was developed by improving the large-scale production methods for pluripotent stem cell-derived macrophages to enable in vitro differentiation into microglia, the macrophage-like cells found in brain tissue. Differentiation protocols were established by verifying the phenotype of the microglia cells, and their characteristics were analyzed. Furthermore, microglia cells derived from CAR-engineered pluripotent stem cells were successfully differentiated and named induced CAR-engineered Microglia (iCAR-MG). The functionality and properties of iCAR-MG were evaluated in vitro, focusing on their ability to perform amyloid beta phagocytosis. To address potential challenges, techniques were developed to predict and mitigate secondary immune responses and inflammatory reactions caused by phagocytosis, incorporating anti-inflammatory signaling molecules into the CAR construct. In collaboration with external partners, the amyloid beta phagocytosis capability of iCAR-M, macrophages derived from CAR-engineered pluripotent stem cells, was measured. Additionally, the therapeutic efficacy of iCAR-MG was validated in Alzheimer’s disease animal models and brain organoids. This evaluation included assessing their potential as a cell therapy targeting beta-amyloid in Alzheimer’s disease models.