탈미네랄화된 골분(demineralized bone particle, DBP)은 연골 형성의 유도인자로 사용되기 때문에 조직공학에서 널리 사용되는 생체재료이다. 본 연구에서는 in vivo 환경에서 디스크 재생 효과를 연구하기 위해 DBP를 poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA)에 첨가하여 다공성 지지체를 제조하였다. 디스크의 섬유륜 조직을 반으로 절개한 후, 수핵 조직을 제거하여 디스크 결손을 유발시켰다. 빈 공간에 PLGA, DBP/PLGA 지지체를 이식하여 in vivo 환경에서 조직공학적 디스크 재생을 관찰하였다. 1, 2 및 3개월 후 디스크를 적출하여 글리코스아미노글라이칸(glycosaminoglycan, sGAG) 및 콜라겐 합성 정도를 측정하였으며 조직학적 평가로 H&E, Safranin-O, Alcian blue 염색과 면역조직학적 평가로 제 I형 콜라겐, 제 II형 콜라겐 염색을 수행하였다. 그 결과 DBP/PLGA 지지체에서 sGAG 및 콜라겐 함량이 높은 것을 확인하였으며 추간판 디스크 재생의 가능성을 확인하였다.
해조류로부터 얻어지는 알지네이트는 캡슐화된 세포의 생존율에 긍정적인 영향을 끼치며 살아있는 세포를 신속하게 포접하여 캡슐화할 수 있어 세포이식을 위한 생체재료 분야에 널리 쓰인다. 탈미네랄화된 골분(DBP)은 천연 뼈조직으로부터 유래되어 조직과의 반응정도가 낮고 항원성 또한 낮아 임상에 적용되어 사용되어 왔다. 알지네이트에 비율별 DBP을 포함시켜 연골세포를 파종한 뒤 미세캡슐을 제조한 후 MTT 분석을 통하여 세포의 부착 및 증식률을 관찰하였고 glycosaminoglycan(sGAG)와 콜라겐 함량 측정과 연골세포의 특정유전자 표현형을 확인하기 위하여 PCR을 실시하였다. 또한 연골세포가 파종된 알지네이트 미세캡슐을 누드마우스의 피하에 이식한 뒤 적출하여 면역화학적 염색을 실시하였다. 실험 결과 1%의 DBP를 함유한 알지네이트 미세캡슐에서 가장 높은 세포 증식률을 보였고 표현형 유지에도 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 이번 연구 결과를 토대로 알지네이트와 DBP를 이용한 미세캡슐을 제조함으로써 DBP내의 성장인자와 알지네이트의 상호작용으로 인하여 연골세포의 성장에 긍정적인 영향을 미쳐 생체공학적 지지체로 적합할 것으로 예상된다.
골다공증의 진행은 뼈질량 감소와 골절위험 증가를 야기한다. 골다공증은 노인 인구에서 흔하며, 최근 들어 급속한 고령화 사회로 인해 그 환자수도 동반하여 크게 증가하고 있다. 현재 처방되는 골다공증 치료제의 대부분은 파골세포 억제 효과에 기반하여 골흡수를 방지한다. 그러나 이러한 골다공증 치료제는 새로운 뼈형성을 증가시키지는 못하며 수반되는 여러 부작용도 보고되고 있다. 따라서 골다공증의 새로운 제어와 치료법 개발을 위해 성체줄기세포의 골세포 분화유도와 조골세포 활성을 도모하는 재생의학적 접근이 활발히 연구되고 있다. 스타틴(statin) 계열 약물은 혈중 콜레스테롤 강하제로 심혈관 질환에 흔히 처방되는 치료제이다. 흥미롭게도 최근 일련의 연구에서 이러한 스타틴이 조골세포 활성에 긍정적인 영향을 주어 뼈형성을 촉진한다는 보고가 발표되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 스타틴 약물이 인체 골막유래 성체줄기세포의 골세포 분화과정이나 조골세포 활성에 영향이 있는 지를 분석하였다. 현재 임상적으로 처방되는 총 7 종류의 스타틴 약물에 대해, 골막유래 성체줄기세포의 골세포 분화과정에서 조골세포 활성과 관련된 초기와 후기 표지자인 alkaline phosphatase의 활성과 칼슘 침착을 각각 분석하였다. 본 연구에서 일부 스타틴(pitavastatin과 pravastatin)은 약하지만 뼈형성을 증가시키는 효과가 있음을 알 수 있었다. 이러한 연구결과는 스타틴이 골막유래 줄기세포로부터 골세포로의 분화나 조골세포 활성을 조절할 수 있는 물질이 될 수 있으며, 이러한 약물이 골세포분화나 재생의학의 새로운 조절 물질로서 골다공증 치료에 응용될 수 있음을 제시한다.
시판(市販)되고 있는 유기질비료(有機質肥料) 17 가지를 수거(收去)하여 부식특성(腐植特性)을 조사(調査)하였다 유기질비료(有機質肥料)에 함유(含有) 되어있는 내용물(內容物)의 종류(種類)는 다양(多樣)하였다. 예(例)를 들면 어박(魚粕), 유박(油粕), 주정박(酒精粕), 세르코-D, 부식토(腐植土), 톱밥. 토양개량제(土壤改良劑), 나무 껍질, 돈분(豚糞), 계분(鷄糞), 우분(牛糞), zeolite, 골분(骨粉), 토룡분(土龍糞), 낙엽(落葉), 아미노산 발효(發酵) 부산물(副産物), 석회(石灰), 가축(家畜) 부산물(副産物), 농산(農産) 부산물(副産物) 등등이었다. 물리화학(物理化學) 및 분광학적(分光學的) 특성(特性)은 다음과 같았다. 1. 유기질비료(有機質肥料)의 비료가(肥料價)는 유기질비료종류(有機質肥料種類)에 따라 큰 차이(差異)가 있었다. 2. 내용물중(內容物中)에는 부식화(腐植化)가 완전(完全)히 이루어지지 않은 유기물(有機物)이 있는 경우(境遇)도 있었다. 이것은 높은 C/N값으로 나타났다. 3. 대체(大體)로 한 가지 시료(試料)에서 추출(抽出)되는 humic acid의 양(量)이 fulvic acid의 양(量) 보다 많았다. 4. 부식화(腐植化)의 진전(進展)에 따라 humin의 상대적(相對的)인 양(量)도 증가(增加)하였다. 5. Total acidity는 phenolic hydroxyl group과 밀접(密接)한 상관관계(相關關係)가 있었으며 carboxyl group은 hydroxyl group과 alcoholic hydroctyl group과 유의성(有意性) 있는 상관관계(相關關係)가 있었다. 6. Humic acid와 fulvic acid의 UV 및 visible light absorption spectrum은 거의 같은 모양이었다. 7. 추출(抽出)된 humic acid의 종류(種類)는 B, P 그리고 Rptype이었다. Humic acid 중(中) 2가지는 B type, 3가지는 P type, 그리고 나머지 12가지는 모두 Rp type에 속(屬)했다.
MicroRNA는 인체 지방 유래 중간엽 줄기세포(hADSC)의 분화와 증식을 조절할 수 있으나 hADSC에서 miR-200a와 miR210의 역할은 아직까지 보고된 바가 없다. 표적 mRNA의 3' UTR 에 결합할 수 있는 construct를 이용한 luciferase assay를 통하여 microRNA가 직접적으로 표적 mRNA에 결합하는 것을 확인 하였다. hADSC에서 miR-200a 과발현은 ZEB2의 발현 감소를 통해 hADSC의 분화와 증식을 증가시키는 것을 확인할 수 있었으며, miR210의 과발현은 IGFBP3의 발현 감소를 통해 hADSC의 증식을 감소시키는 반면, 분화는 증가시키는 것을 확인 할 수 있었다. hADSC에서 miR210의 발현 억제는 표적유전자의 발현을 증가시킴으로써 hADSC의 증식을 증가시키는 반면, 분화를 억제시키는 것을 확인할 수 있었다. luciferase assay통하여 microRNA-200a/210의 과발현이 대조군에 비해 표적 유전자인 ZEB2/ IGFBP3의 luciferase 활성화를 감소시키는 것을 확인하였으며, hADSC에서 ZEB2/ IGFBP3 발현 억제는 microRNA-200a/210 과발현과 유사한 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 microRNA-200a/210가 hADSC의 분화와 증식을 각각의 표적 유전자인 ZEB2/ IGFBP3을 통해 조절한다는 것을 나타낸다.
탈미네랄화된 골분(demineralized bone particle, DBP)은 골/연골 형성의 강력한 유도인자로 사용된다. 본 연구에서는 용매 캐스팅/염 추출법을 이용해 함량별 DBP와 PLGA가 하이브리드화된 다공성 지지체를 실제 디스크 형태와 유사하게 제조하였다. 제조된 지지체의 특성을 분석하기 위하여 다공도, 표면 젖음성 및 물 흡수성을 측정하였다. 디스크 세포인 섬유륜 및 수핵 세포는 토끼로부터 분리하여 제조된 지지체에 각각 파종한 후, 지지체를 재조합하여 배양하였다. 지지체에 파종된 디스크 세포의 생존율과 증식률은 MTT(3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromide) 분석 방법을 이용하였고, 면역결핍 쥐의 피하에 삽입하여 이들의 디스크 조직 형성 정도를 확인하였다. 피하에 이식된 지지체를 적출하여 육안으로 관찰하고 모폴로지의 변화를 확인한 후, 조직을 파라핀으로 고정시켜 슬라이드를 제조하여 hematoxylin과 eosin 염색을 수행하였다. 천연/합성 하이브리드 담체로서의 DBP/PLGA 담체가 PLGA 단독으로 사용하였을 때와 비교하여 볼 때 디스크 조직의 형성이 우수하였으며, 특히 20, 40%의 DBP가 함유된 지지체가 세포의 성장과, 디스크 조직화에 유리함을 확인하였다.
뇌 추출 신경성장인자(BDNF)의 서방성 전달체로써 락타이드-글리콜라이드 공중합체(PLGA) 용액에 탈미네랄화된 골분(DBP) 및 히알루론산(HA)를 균일하게 혼합하여 얼음입자추출법으로 다공성 지지체를 제조하였다. ELISA로 BDNF 방출량을 확인하였으며 SEM으로 방출에 따른 지지체의 다공 특성을 관찰하였다. PLGA지지체와 비교시 DBP/HA/PLGA 지지체에서 지속적으로 일정량이 방출됨을 확인하였으며 BDNF의 양이 증가할수록 빠르고 많은 양이 방출되는 패턴을 보였다. 얼음입자추출법으로 제조된 DBP/HH/PLGA 지지체는 BDNF 등의 수용성 사이토카인의 포접이 용이하고, 생분해성 고분자분해 특성에 의해서 방출이 조절되며, 신경손상부분에 이식시 BDNF가 서방화되어 신경재생에 도움을 줄 것으로 기대된다.
본 연구에서는 신경세포인 슈반세포(SC)의 증식에 가장 적합한 생체재료를 연구하였다. 락타이드 글리콜라이드 공중합체(PLGA)에 탈미네랄 골분(demineralized bone particle, DBP), 소장점막하조직(small intestine submucosa, SIS), 그리고 실크를 각각 20% 첨가하여, 용매 증발법으로 각각의 필름을 제조하고, SC세포의 부착과 증식을 확인하기 위해 MTT, SEM 그리고 RT-PCR 분석을 실시하였다. 또한 필름의 친수성을 확인하기 위해 접촉각을 측정하였다. 분석 결과, PLGA/DBP 20% 필름에서 높은 친수성을 보였으며, SC의 부착과 증식률이 다른 군에 비해 크게 증가한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 PLGA/DBP 필름은 중추신경재생 재료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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