골이식재 상에 이식된 인간골수 줄기세포에 의한 골형성에 대한 실험적 연구
Study on the Adult Human Mesenchymal Stem Cell-mediated Osteogenesis on the Bone Graft Matrix
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초록
목적: 최근에 인공장기의 개발 및 조직재생을 위한 조직공학적 기법에의 적용에 골수줄기세포의 역할에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 골 결손부의 재생 및 치과 임플란트 식립후 osseointegration을 증진시키기 위한 조직공학적 기법의 개발 및 연구에 줄기 세포와 이식재와의 상호작용이 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 본 연구는 골 재생에 널리 사용되는 3종류의 이식재에 성인 골수 줄기세포를 이식한 후 주사전자현미경사진 및 조직학적 소견으로 각 이식재와 골수 줄기세포와의 상호작용을 비교하여 골재생의 조직 공학적 연구에 도움이 되는 연구를 얻고자 하였다. 방법: Hydroxyapatite/Tricalcium phosphate(HA/TCP), Anorganic bovine bone(Bio-OssⓇ)와 Coralline-derived HA(ProOsteonⓇ)의 세 종류의 이식재를 각 그룹 당 4개씩 이용하였고, 성인한명으로부터 골수 줄기세포를 배양하여 각 이식재에 투여한 후 부란시킨 후 주사전자현미경 소견을 관찰하였다. 각 그룹 당 한 개의 이식재는 성인골수 줄기 세포를 이식하지 않은 대조군으로 사용하였다. 또한 각 그룹의 줄기세포를 이식한 이식재와 줄기세포를 이식하지 않은 이식재를 SCID mouse의 등에 5주 동안 이식시킨 후 그 조직학적 소견을 관찰하였다. 결과: 주사전자현미경 소견에서 세 종류의 이식재 모두에 세포의 부착이 일어남을 확인할 수 있었으며 HA/TCP가 다른 이식재의 경우보다 세포의 부착이 양적으로 양호한 상태를 보이고 있었다. 또한 실험군과 대조군의 SCID mouse를 희생하여 관찰한 조직학적 소견에서 대조군은 세 종류의 이식재 모두에서 골 형성을 관찰할 수 없었고 실험군의 경우 Bio-OssⓇ와 ProOsteonⓇ는 골 형성이 관찰되지 않았으나 HA/ TCP의 경우 woven bone의 형성이 관찰되었다. 이 신생골 주위에 혈관의 형성이 관찰되었으나 염증반응이나 파골세포는 관찰되지 않았다. 결론: 연구에 사용된 세 종류의 이식재를 비교하였을 때 세포의 부착에는 세 종류의 이식재 모두 차이를 보이지 않았지만 신생골의 형성에는 차이를 보이고 있어 HA/TCP 가 골결손부의 회복이나 골 재생이 요구되는 부위에의 인간 골수 줄기세포를 이용한 조직 공학적 기법에의 응용에 양호한 결과를 보일 것으로 사료된다.
Abstract
Objectives: Tissue engineering demands the interaction of engineering and life sciences to generate biologic substitutes that can create, preserve or restore lost organ function. Functional tissue engineering of bone tissue generally involves the use of differentiated or progenitor cells seeded with specific growth factors in biomaterial scaffolds. The purpose of this study was to compare the osteogenic capacity of bone marrow-derived, culture expanded human mesenchymal stem cell seeded to 3 different scaffolds. Methods: Cells were loaded onto 2×2mm cubes of synthetic HA/TCP, anorganic bovine bone(Bio-OssⓇ) and coralline-derived HA(ProOsteonⓇ) and placed into the dorsal subcutaneous pocket of SCID mouse for 5 weeks. Results: Synthetic HA/TCP was the most effective bone forming scaffold compared with Bio-OssⓇ and ProOsteonⓇ. Scanning electron microscopy evaluation of loaded scaffolds indicates that cell loading was not a variable affecting the different bone formation outcomes in these 3 scaffolds. Conclusion: Synthetic HA/TCP can be used as the efficient scaffold, compared to Bio-OssⓇ and ProOsteonⓇ.