자가 골수세포를 이용한 조직공학적 소구경 인공혈관 이식편의 생체실험

Abstract

[한글]혈관 질환이 있는 환자들에 사용하는 인공 혈관들은 직경 5 mm 이하의 소구경 혈관에 사용될 때 혈전 형성에 의한 혈관 막힘과 장기간의 혈관 개통성이 좋지 않은 것으로 알려져 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에 조직 공학적 방법을 이용한 인공혈관의 개발이 시도되고 있다. 이번 연구에서는 탈세포화한 동종 혈관 스캐폴드에 자가 골수세포를 이식하여 제작한 조직공학적 인공혈관과 골수세포를 사용하지 않은 인공혈관을 각각 생체내에 이식한 후 혈관의 개통성을 비교하였다. 조직공학적 인공혈관에서, 내피세포와 평활근 세포가 생성되었는지를 확인하기 위해 조직분석 및 면역조직 검사를 시행하였고, 혈관의 기계적 물성 및 eNOS의 발현정도를 관찰하였다. 이를 통해 조직공학적 인공혈관의 생체내 적용 가능성을 확인하고자 하였다.자가 골수세포를 이식하여 제작한 인공 혈관은 자가 골수 세포를 이식하지 않은 인공혈관에 비하여 우수한 8주간의 개통성을 나타내었다. 생체 이식 후 8주가 지난 후에 획득한 인공 혈관의 조직검사 소견은 정상의 혈관과 거의 유사하게 재생된 혈관의 모양을 나타내었다. 또한 면역 조직 검사상, vWF와 CD31에 양성인 세포들이 혈관 내면에 있는 것들을 확인하여 혈관 내피세포들이 재생된 것을 확인하였고, smooth muscle α-actin에 양성인 세포들이 혈관의 중막에 재생된 것을 확인하였다. 자가 골수세포에 미리 표지한 형광 물질을 통한 형광검사상 이식한 자가 골수세포는 생체 내에서 8주까지 생착하여 있었고, 혈관 스캐폴드의 다공성의 구조를 통하여 혈관 벽으로도 이동한 것을 확인하였다. 기계적 물성을 확인하기 위한 혈관 봉합 유지력 검사에서 인공 혈관은 정상 혈관과 유사한 혈관 봉합 유지력을 나타내었다. 또한 생체에 이식하기 전에 인공혈관에서 측정한 eNOS의 발현량은 매우 적었으나, 생체에 이식후 3주 이상 지난 후에 제거한 인공혈관은 eNOS의 발현정도가 정상 혈관에 비해 증가하는 경향을 보였다.이상의 결과로 볼 때, 자가 골수세포와 탈세포화된 혈관 스캐폴드를 이용하여 제작한 인공혈관은 기존의 고분자 물질로 제작한 인공혈관과 달리 에 비해 매우 우수한 생체 적합성을 갖고 있음을 알 수 있었다.

[영문]Artificial vascular grafts are prone to thrombotic occlusion and reveal poor long-term patency when used in small vessels of less than 5mm in diameter. In an attempt to solve these problems, tissue-engineered vascular grafts are being developed recently. In this study, tissue-engineered vascular grafts using acellular allogenic vascular scaffold and autologous bone marrow cells were manufactured, and their patency were compared with vascular grafts made with acellular allogenic vascular scaffold without bone marrow cells. And in this tissue-engineered vascular grafts, we performed histological and immunological examination to confirm the regeneration of endothelial and smooth muscle cells. Furthermore, mechanical properties of vascular grafts and eNOS expression were also examined. Through this study, I want to confirm the feasibility of in vivo application of tissue-engineered vascular grafts.Vascular grafts using autologous marrow stem cells showed better patency for 8 weeks. Microscopic examination of the vascular grafts at 8 weeks after implantation showed histological morphology of virtually normal vessel. In addition, the vascular lumens were lined by regenerated endothelial cells that were positive for vWF and CD31 immunohistochemical stains. And the vessel walls revealed smooth muscle α-actin immunoreactive smooth muscle cells in the tunica media layer. Immunofluorescence study revealed the viability of implanted autologous bone marrow stem cells and migration of implanted cells into the vessel wall through fenestrated supporting structure, up to 8 weeks. In terms of mechanical property, tissue-engineered vascular grafts showed nearly normal level of suture retention strength compared to normal carotid artery. Although the level of eNOS in vascular grafts before the engraftment was minuscule, its level raised to the same as that of normal vessel or even higher.In conclusion, tissue-engineered vascular grafts using acellular vascular scaffold and autologous bone marrow stem cells showed superior bio-conformity than pre-existing polymer vascular grafts.