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학위논문 상세정보

간엽줄기세포를 이용한 조직공학 방법으로 골결손 부위의 치료 원문보기
Treatment of the Bone Defect with Tissue Engineering Technique with Mesenchymal Stem Cells

  • 저자

    정철영

  • 학위수여기관

    울산대학교

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    의학과 정형외과

  • 지도교수

    김정재

  • 발행년도

    2014

  • 총페이지

  • 키워드

    역분화 줄기세포 간엽 줄기세포 조직 공학 fibronectin 골결손;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T13540294&outLink=K  

  • 초록

    골조직의 치료 영역에 줄기세포를 이용한 조직 공학적 기법의 눈부신 발전으로 기존의 골이식술에만 의존했었던 정형외과 영역에 커다란 변화를 가져왔다. 고령 환자의 증가와 함께 골다공증과 연관된 골절도 동시에 증가하고 있다. 골다공증 골절은 골결손이 많으며 자가골 골이식으로 해결하기에 한계가 있으므로 동종골을 사용하지만 감염 전파 및 불유합 등의 우려가 많다. 최근에 줄기세포를 이용한 조직공학 기법을 통해 골결손 치료 연구를 활발히 진행하고 있다. 조골세포 전구 세포인 간엽 줄기세포를 배양하고 지지체에 부착한 후 이식함으로서 골결손을 치료하는 방법이다. 또한 역분화 줄기세포(iPS)가 발견됨으로서 성인 체세포를 이용하여 골조직으로 분화가 가능하게 됨으로써 윤리적인 문제나 면역 반응에 대한 대안으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만, 역분화 줄기세포의 생체 이식에 대한 안전하고 골조직 분화 및 재생에 대한 명확한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 간엽줄기세포와 역분화 줄기세포의 세포 접착에 대한 분자생물학적 특징을 비교한 후 인간 역분화 줄기세포를 쥐의 골결손 부위에 이식하여 이식의 골조직 재생을 관찰하였다. 수술 중 채취한 골수 기질 세포에서 간엽줄기세포를 추출하고 이를 배양하고, 이 중 CD105 양성 간엽줄기세포를 분리하였다. 역분화 줄기세포는 활액막 세포로부터 유도된 간엽줄기세포를 이용하였다. 역분화 줄기세포 및 CD105 양성 골수 기질세포에 ALP에 대한 면역 형광 검사 및 화학 염색을 시행하였으며 RT-PCR방법을 이용하여 골형성 관련 유전자 발현을 측정하였다. 세포 부착 물질의 영향을 확인하기 위해 지지체에 기질 부착 분자로 fibronectin, vitronectin, gelatin으로 코팅하고 역분화 줄기세포와 골수 기질 세포에 각각 접종하였다. 세포 부착 및 생존에 대하여 공초점 현미경을 이용하여 관찰하였으며 세포 부착 분자에 따른 세포내 부착관련 단백질인 E-cadherin발현을 면역형광염색으로 분석하였다. 역분화 줄기세포는 세포내 부착관련 단백질인 integrin-α5β1에 대한 유전자 발현을 확인하였다. 또한 세포 부착 분자에 따른 세포 이동의 영향도 비교하였다. 간엽줄기세포의 생체내 골형성을 확인하기 위해 동물 실험을 시행하였다. 누드 마우스를 이용하여 각각 두개골에 인위적으로 골결손을 만든 후 역분화 줄기세포를 이식하였다. 결손부에 지지체, 코팅, 역분화 줄기세포 여부에 따라 5가지 조건으로 각각을 비교 분석하였다. 골재생의 정도 파악을 위해 4주, 9주째에 쥐를 희생하고 채취한 두개골을 micro-CT를 이용하여 평면, 입체 영상으로 분석하였으며 조직 표본으로 제작하여 관찰하였다. 역분화 줄기세포와 골수기질세포간 ALP의 면역형광염색법 및 화학 염색법으로 조사한 결과 골수기질세포에서 ALP에 대한 강한 반응을 나타내었으나 역분화 줄기세포는 거의 관찰되지 않았다. 조골세포의 표지자인 RUNX2, ALP, OPN에 대한 유전자 발현 검사 결과 역분화 줄기세포에서 역시 현저히 감소하였다. 코팅 종류에 따른 비교에서 두 세포군 모두 collagen I과 fibronectin이 코팅된 지지체에서 뚜렷한 증식 소견을 보였다. 세포내 부착관련 물질인 E-cadherin 발현 결과도 두 세포군 모두에서 fibronectin 코팅 지지체에서 증가된 소견을 보였으며, fibronectin이 코팅 지지체에서만 역분화 줄기세포의 integrin β1 subunit가 뚜렷하게 증가하였다. 세포 이동 실험 결과도 collagen I, fibronectin이 코팅된 세포군에서 가장 활발함을 관찰할 수 있었으며 역분화 줄기세포의 이동 속도가 골수 기질세포보다 빠름도 관찰할 수 있었다. micro-CT 영상 결과 4주째 지지체가 골결손 부위에 적절히 유지되고 있으며 각 군간 큰 차이는 보이지 않았다. 9주째 micro-CT소견은 지지체의 주변골과 유합 진행 소견을 보였으며 조직 소견 역분화 줄기세포를 이식한 지지체에서 더 많은 세포의 증식과 부분적 골형성 소견이 관찰되었다. 본 연구를 통해 저자는 세포 이동 및 접착은 fibronectin을 코팅한 지지체에서 가장 좋은 결과를 보였으며, 성인 체세포를 이용한 역분화 줄기세포의 생체 내 이식 연구를 통하여 역분화 줄기세포의 생존과 제한적 골재생 소견을 확인할 수 있었다.


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