백서 척수 손상 모델에서 인간 골수 간엽 줄기 세포 이식 후 발현되는 Cytokine의 특성

Abstract

[한글]

척수신경은 일단 손상을 받으면 자체적으로 회복되는 것은 거의 불가능하므로 대부분의 척수신경손상에 대한 연구는 축삭성장을 증진시키고 신경퇴행(degeneration)을 감소시키는 것에 초점을 맞추고 있다. 최근 여러 실험적 척수 손상 동물 모델에서 골수간엽줄기세포 이식이 손상된 척수신경의 기능을 회복 시킨다고 알려져 있다. 본 연구는 인간 골수 간엽 줄기 세포를 척수손상 백서 생체 내에 이식하여, 생체 내에서 신경성장인자를 검출하고 이 신경성장인자가 신경학적 호전에 미치는 영향을 조사하였다. 사람 골수에서 간엽줄기세포를 분리 및 배양하고, 실험군인 중등도 척수손상 백서에게 손상 7일 후 이식하였고 대조군은 같은 양의 배양액(PBS)을 손상 부위에 주입했다. 행동검사는 BBB (Basso, Bresmahn, and Beattie) locomotor rating scale을 사용하여 주 일회 실시하며 8주까지 실시하였다. 조직학적 검사는 이식 후 24시간, 2일, 3일, 7일에 이식 부위의 척수 절편을 신경 성장인자에 대한 항체를 이용하여 이중 면역 염색을 시행하여 이식된 척수 조직 내에서 이들 성장인자(VEGF, IL-6, GM-CSF)의 발현이 증가되는지를 확인하였다. 신경기능 회복과 신경 조직 보호율의 비교에서 이식군이 대조군에 비해 좋은 결과를 보였다. Cytokine의 발현 유무와 발현 양상은 GM-CSF는 세포 이식군에서 24시간에서 1주까지 세포 이식부위에서 양성 세포가 관찰되었고, VEGF는 세포 이식 72시간 군에서 가장 현저한 발현 양상을 보였으며 일부 세포에서는 이식 세포와 co-localization 되었다. IL-6는 이식군에서 7일째 가장 현저한 발현 양상을 보였다. 본 연구로서 골수 간엽 줄기 세포 이식 후에 보이는 신경학적 호전이 단순히 신경세포로의 분화뿐만이 아니라 골수 간엽 줄기 세포 이식후에 발현된 신경성장인자가 신경학적 재생을 위한 환경을 조성한다는 것을 생체 내 실험을 통해 밝혔다.

[영문]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 express factors that promote repair or activate compensatory mechanisms and endogenous stem cells within the injured tissue when placed into an environment of injury.Rats were subjected to a moderate spinal contusion using spinal cord dropping device (NYU impactor). After 1 week, cultured human bone marrow stromal cells (hBMSC) were transplanted into the spinal cord injured rats. Functional outcome, histologic and immuno-stain for cytokine evaluation were performed. The results showed improved functional outcome in the group treated with hBMSCs transplantation compared with the control group by BBB (Basso, Bresmahn, and Beattie) locomotor rating scale, which means hBMSCs transplantation take a role to improve functional outcome. Neurotrophic factors, especially GM-CSF, VEGF, IL-6 were detected in the transplanted tissue and showed more expression compared with control group. In this study, we have not demonstrated mechanisms of neurotrophic factors affecting neural repair. However, this study is consistent with a growing literature that hBMSCs and neurotrophic factors promote tissue repair and functional recovery after spinal cord injury and this is the first study demonstrating quantitative analysis for in vivo expression of cytokines after human bone marrow stromal cells transplantation.