이 연구의 목적은 IGF-I의 골모세포에 대한 직접적 작용효과와 IGF-I이 섬유모세포에 작용된 후 섬유모세포에서 유리된 인자를 포함한 조절 배양액이 골모세포에 어떤 영향을 미치는지에 대해 각각 치주인대 섬유모세포와 치은 섬유모세포를 이용하여 알아본 후, 치조골의 반응을 외적자극과의 사이에서 매개하는 치주인대의 주세포군인 섬유모세포를 통한 IGF-I의 골모세포에 대한 영향을 알아보는 것이다. 이를 위해 치주인대 섬유모세포와 치은 섬유모세포를 6-8주된 백서(Sprague-Dawley rat)에서 채집하고, 골모세포는 태생 21일된 동종백서에서 채집하여 기본배양을 한 후, 각 군을 6군으로 분리하여 $1{\times}10^4$/we11, (1ml/well)세포수로 분주한 골모세포 배양접시에 IGF-I을 1,10,100ng/m1로 각각 농도를 달리하여 그 효과를 알아보았다. 각각의 군은 대조군, IGF-I을 직접 투여한 골모세포 배양군, 치주인대 섬유모세포의 조절배양액을 이용한 골모세포 배양군, IGF-I으로 처리한 치주인대 섬유모세포의 조절배양액을 이용한 골모세포 배양군, 치은 섬유모세포의 조절배양액을 이용한 골모세포 배양군, IGF-I으로 처 리한 치은 섬유모세포의 조절배양액을 이용한 골모세포 배양군이다. 조절배양액은 배양 36시간후(IGF-I 처리후 12시 간 배양 포함) 채집하였고, 마지막으로 IGF-I 및 조절배양액으로 처리한 후에 추가 24시간 배양한 후, Alkaline phoaphatase 활성도, Western blot 을 이용한 BMP발현, MTT를 이용한 세포증식, BCA kit을 이용한 총단백질량 측정, Western blot을 이용한 교원질 합성 계측 및 골결절의 생성을 관찰하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 1 Alkaline phosphatase활성은 10, 100ng/m1의 IGF-I으로 처리한 군과 치주인대 섬유모세포의 조절배양액을 이용한 군, IGF-I으로 처리한 치주인대 섬유모세포의 조절배양액을 이용한 군에서 대조군보다 더 높게 나타났다. 10, 100ng/ml의 IGF-I으로 처리한 치주인대 섬유모세포의 조절배양액을 이용한 실험군에서 유의성 있게 높게 나타났다. 2. 100ng/m1농도의 IGF-I으로 직접 처리한 군에서 골모세포증식이 유의성 있게 증가하였다. 3. 총단백질량은 IGF-I투여와 상관없이 대조군, 실험군 모두 유사하였다. 4. 모든 실험군에서 BMP2,4가 발현되었고, 대조군과 유의한 차이는 없었다. 이상의 결과에서 IGF-I의 투여여부와는 상관없이 치주인대 섬유모세포가 유리하는 물질이 골모세포의 활성을 증가시키는 것으로 나타났으며, IGF-I은 고농도일때만 유의성있게 골모세포 활성을 촉진함을 알 수 있었다. 따라서 이 연구를 통하여 치주인대 섬유모세포가 골모세포활성을 촉진 시키는 작용을 가지고 있음이 확인되었다.
The ultimate goal of periodontal therapy is the regeneration of periodontal tissue and the repair of function. For more than a decade there have been many efforts to develop materials and methods of treatment to promote periodontal tissue regeneration. Recently many efforts are concentrated on the regeneration potential of material used in traditional medicine. Safflower(Carthamus tinctorius L.) seed extract(SSE) have long clinically used in Korea to promote bone formation and prevent osteoporosis. The purpose of this study was to examine the effects of SSE on bone formation in human osteoblastic cell line. Human fetal osteoblastic cell line(hFOB 1.19) was cultured with DMEM and SSE($1{\mu}g/ml$, $10{\mu}g/ml$, $100{\mu}g/ml$, $1mg/ml$) at $34^{\cdot}C$ with 5% $CO_2$ in 100% humidity. The proliferation, differentiation of the cell was evaluated by several experiments. Cell proliferation was significantly increased at $10{\mu}g/ml$, $100{\mu}g/ml$, 1mg/ml of SSE after 3 and 7 days incubation(p<0.05). Cell spreading assay was significantly increased at $100{\mu}g/ml$ of SSE after 3 days and $1{\mu}g/ml$, $10{\mu}g/ml$, $100{\mu}g/ml$, 1mg/ml of SSE after 7 days(p<0.05). Alkaline Phosphatase(ALP) level was significantly increased in $10{\mu}g/ml$, $100{\mu}g/ml$, 1mg/ml of SSE(p<0.05). Collagen synthesis was significantly increased at $10{\mu}g/ml$, $100{\mu}g/ml$, 1mg/ml of SSE(p<0.05). A quantified calcium accumulation was significantly increased at $10{\mu}g/ml$, $100{\mu}g/ml$ of SSE(p<0.05). ALP and osteocalcin mRNA was expressed in $100{\mu}g/ml$ of SSE by RT-PCR. These results indicate that SSE are capable of increasing osteoblasts mineralization and may play an important role in bone formation.
교정력이 치아에 가해지면 치주인대의 재생과 치조골의 개조가 일어난다. 치주인대 섬유아세포는 collagenase와 TIMP-1을 분비하여 치주조직의 교원질의 분해와 합성을 담당한다. 본 연구에서는 치주인대 섬유아세포예 기계적 자극과 interleukin-$1{\beta}$를 가해 collagenase와 TIMP-1의 발현을 RT-PCR과 면역조직화학 염색을 사용하여 알아보았다. 4명의 10대 남자 교정환자에게서 아무런 병소가 없는 제1소구치를 발치후 치주인대 섬유아세포를 배양하여 4-6세대의 세포를 사용하였다. 대조군, $Petriperm dish^{\circledR}$ 바닥의 표면적을 $5\%$ 증가시킨 기계적 자극을 가한 군, interleukin-$1{\beta}$를 1.0 ng/ml를 가한 군과 기계적 자극과 interleukin-$1{\beta}$를 같이 가한 군으로 나누어 4명의 환자에서 얻은 세포군을 각 군별로 2, 4, 8시간 후 RT-PCR을 시행하여 그 산물을 반정량하여 대조군에 대한 각 실험군의 상대적인 증감을 나타내었고, 24시간후 면역조직화학 염색을 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 광학 현미경으로 세포의 형태를 관찰한 결과 대조군에서는 전형적인 별모양과 길쭉한 모양을 함께 보였으나 기계적 자극과 interleukin-$1{\beta}$를 각각 혹은 동시에 준 군들에서는 별모양의 세포가 사라지고 모양이 더욱 길어졌다. 2. collagenase는 대조군에 비해 기계적 자극과 interleukin-$1{\beta}$를 각각 혹은 동시에 준 군들에서 증가하였고, 실험 8시간 후에서는 interleukin-$1{\beta}$를 준 군, 기계적 자극과 interleukin-$1{\beta}$를 동시에 준 군에서 뚜렷한 증가를 보였다. 3. TIMP-1은 세포 자극 2, 4시간 후에는 대조군에 비해 기계적 자극과 interleukin-$1{\beta}$를 각각 혹은 동시에 준 군들에서 감소하였지만, 실험 8시간 후에서는 증가를 보였다. 4. 면역조직화학 염색을 통해 collagenase와 TIMP-1이 대조군에 비해 기계적 자극과 interleukin-$1{\beta}$를 각각 혹은 동시에 준 군들에서 더욱 강한 염색상을 나타내었다. 본 실험의 결과 섬유아세포는 외부 자극이 가해지면 collagenase와 TIMP-1의 발현 조절을 통해 치주인대 재생과 치조골의 개조에 영향을 미쳐 항상성을 유지하려고 함을 알 수 있었다.
이전 연구에서 사람의 치수와 치주인대의 기능에 대한 구체적인 3만 2천여개의 인체 유전자의 RNA 활성 정보는 없었다. 본 연구의 목적은 사람 영구치에서 얻은 치주인대와 치수 조직 내의 RNA 유전자 발현을 보고하고 각각의 분자생물학적인 차이를 알아보는 것이다. cDNA 미세배열분석에서 두 조직 사이의 유전자 발현 수준에서 4배 이상 차이나는 유전자는 347개로 밝혀졌으며, 치주인대와 치수에서 각각 83개, 264개의 유전자 발현이 4배 이상 차이난다는 것을 보여주었다. 치주인대는 교원질 합성 (FAP), 교원질 분해 (MMP3, MMP9와 MMP13), 골 형성 및 개조 (SPP1, BMP3, ACP5, CTSK와 PTHLH)와 관련된 유전자가 강하게 발현되었다. 반면 치수조직은 칼슘 이온 (CALB1, SCIN와 CDH12)과 법랑질 또는 상아질의 광화 및 형성 (SPARC/SPOCK3, PHEX, AMBN과 DSPP)와 관련한 유전자의 발현이 높게 나타났다. 이들 유전자 중 SPP1, SPARC/SPOCK3, AMBN, DSPP 등의 유전자는 치아의 기능과 관련해서 잘 알려져 있지만, 다른 유전자들은 microarray 분석을 통해서 새롭게 발견된 유전자이다. 이 유전자들은 추가적인 연구가 수행된다면 재생 치료의 좋은 요인을 찾는데 도움이 될 것으로 생각된다.
치아 치수 세포는 치아 손상에 따르는 병리적인 상황에서 골과 상아질 기질을 형성하는 능력을 가진 것으로 생각된다. 본 연구에서는 MTA가 사람 치수세포의 성장에 미치는 영향과 상아질 형성에 관여하는 유전자의 발현을 유도하는지를 알아보고자 하였다. 또한 상아질 형성의 잠재적 지표인 alkaline phosphatase(ALP) activity에 미치는 영향을 평가하였다. 유전자 발현 검사를 위해 glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, type I collagen, alkaline phosphatase, osteonectin(SPARC), and dentin sialoprotein primer set을 이용하여 MTA 처리 2일과 4일 후 reverse transcriptase polymerase chain reaction(RT-PCR)을 시행하였다. cell viability assay(세포 생존력 측정) 에서 5일간 MTA에 노출된 치수 세포의 비율이 대조군보다 높았다. 대조군에 비해 MTA를 처리한 군에서 ALP와 SPARC가 증가되었다. 이상의 결과를 종합하여 보면, 이 연구에 사용한 dental pulp culture system은 MTA를 포함한 치과재료의 처리 후 치수세포의 성장과 분화 그리고 상아질 형성 유도 기전을 연구하는 데 유용한 모델로 사용할 수 있다. MTA 처리는 사람 치수세포에 세포독성을 유도하지 않으며, ALP 활성도와 유전자 발현 그리고 osteonectin (SPARC) 유전자 발현을 증가시켜 수복상아질을 형성할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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