척수손상 백서에서 인간 중간엽 성체줄기세포 이식이 신경회복에 미치는 영향

Abstract

[한글]

골수기질 세포는 정상적으로 골, 연골 및 중간엽 세포로 분화한다. 최근 골수기질세포를 실험실내에서 배양한 결과 신경세포로 분화할 수 있는 유연성이 발견되었다. 실험자들은 이러한 세포들을 손상된 신경조직에 이식하여 이들 세포들에서 성장인자들이 발현되거나 내적 줄기세포들을 활성화시켜 조직의 재생과 기능회복에 중요한 역할을 할 것으로 생각하고 있다. 우리는 중등도의 척수손상 백서에서 손상 1주째에 이미 배양된 인간 중간엽 성체줄기세포를 척수 손상부위에 이식하고 섬유모세포 성장인자를 7일간 척수강 내로 매일 투여하여 이식 후 8주 동안 신경기능의 회복과 이식한 세포가 신경세포로 발현되는 여부를 조직검사를 통하여 관찰함으로써, 인간 중간엽 줄기세포 이식과 섬유모세포 성장인자 투여에 따른 기능회복과 조직학적 소견을 규명하고자 하였다. 그 결과 세포이식 5주 이후부터 인간 중간엽 성체줄기세포 이식과 섬유모세포 성장인자를 투여한 실험동물 군이 인간 중간엽 성체줄기세포를 이식한 군 및 대조 손상 군에 비해서 Basso-Beattie-Bresnahan(BBB) locomotor rating scale상 현격한 행동기능의 개선을 볼 수 있었고, 그리고 인간 중간엽 성체줄기세포를 이식한 군에서는 대조 손상 군에 비해 행동기능이 더 회복되는 경향을 알 수 있었다. 조직염색으로 human mitochondrial antibody, BrdU(bromodeoxyuridine) 와 GFAP(glial fibrillary acidic protein), NF(neurofilament) 및 MAP-2(microtubule associated protein-2)를 이용한 이중 면역염색결과 손상된 백서의 척수조직의 이식된 부위에서 인간 중간엽 성체줄기세포가 생존하여 신경세포로 표현됨을 확인할 수 있었다. 그러나 앞으로 중간엽 성체 줄기세포가 다른 줄기세포에 비해 가지고 있는 특별한 장점들을 활용하여 신경질환에 임상적으로 적용하기 위해서는 중간엽 성체 줄기세포의 생존과 분화의 조절이라는 중대한 문제를 해결 하여야 할 것으로 생각된다. 우리의 연구결과는 골수로부터 추출된 중간엽 성체줄기세포와 섬유모세포 성장인자 투여가 앞으로 척수 손상의 치료적 중재 역할을 하는 연구를 정당화 할 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]Bone marrow stromal cells normally give rise to bone, cartilage, and mesenchymal cells. Recently, bone marrow stromal cells have been shown to have the capacity to differentiate into neural cells under experimental cell culture conditions. Some investigators suppose that these cells when placed into an environment of injury, express factors that promote repair or active compensatory mechanisms and endogeneous stem cells within the injured tissue, but there are few preclinical studies on the use of human bone marrow stromal cells in the spinal cord injury model. Rats were subjected to a weight driven implant spinal cord injury. After 1 week, the rats were treated with cultured human mesenchymal stem cells(hMSCs) transplantation and/or basic fibroblast growth factor(bFGF) infusion into the CSF space. Functional outcome measurements using the Basso-Beattie-Bresnahan score were performed weekly to 8 weeks post-injury. Sections of tissue were analyzed by double-labeled immunohistochemistry for human mesenchymal stem cells identification and neural differentiation. These data showed significant functional outcome in the group treated with MSCs transplantation and bFGF administration compared with the group with MSCs transplantation and control, which means bFGF might take an important role to improve functional outcome. The MSCs transplantation group had a tendency to improve compared with control group. Immunohistostaining for human mitochondrial antibody and GFAP(glial fibrillary acidic protein), and BrdU(bromodeoxyuridine) and NF(neurofilament) or MAP-2(microtubule associated protein-2) were positive in scattered cells derived from MSCs, which exhibited transplanted hMSCs survived and had potential to neuronal differentiation in spinal cord injured rat. For clinical application, it is vital to solve the problems of stem cells survival and control of its differentiation. In this study, we have not demonstrated intrinsic mechanism of neurotrophic factor affecting neural repair. However, our experiment is consistent with a growing literature that MSCs and neurotrophic factor promote tissue repair and functional recovery after spinal cord injury and suggest that MSCs transplantation and bFGF warrants investigation as a therapeutic intervention after spinal cord injury.