지지체-성체줄기세포 융합계의 증식 및 분화에 기계적 자극의 효과

Abstract

[한글]최근 조직공학의 기술은 다양한 대체물을 개발하여 조직의 기능을 생리학적으로 대체 할 수 있도록 그 분야의 영역을 확대하고 있다. 조직공학의 목적은 재생하고자 하는 대상 조직의 세포, 생체친화성 지지체 그리고 증식과 분화를 유도할 수 있는 자극들을 적절히 조절 하여 조직과 기관을 재생하는 것이다. 따라서 조직공학에서는 지지체 의 최적의 구조 및 기계적 물성을 가진 생체적합 재료의 선정과 더 불어 조직배양을 제어하기 위한 정밀한 생체배양기의 개발이 선행되 어져야 한다. 비틀림 전단하중이 섬유세포의 분화와 조직생성의 자극 요소가 된다는 제안에 착안하여 본 연구의 목적은 세포의 증식과 분 화에 필요한 기계적 자극을 생체배양기를 이용하여 제어하는 것이었 다. 본 연구에서는 인체 골수로부터 얻은 성체줄기세포(human bone marrow derived mesenchymal stromal cell, 이하 MSC로 표기함)를 사용 하였고, 지지체는 poly-urethane(PU)을 사용했다. MSC를 배양 한 후, 제작된 PU 지지체에 흡착시켜, 기계적 자극을 주어 증식 및 골화로 의 분화를 생물학적, 분자생물학적으로 확인했다. 확인방법은 3-[4,5- dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide(MTT) assay로 세포 독성과 증식을 확인했고, reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR)로 뼈 형성 초기인자인 제1형 교원질, dlx5, osterix를 확인했 다. 또한, 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하 여 세포형태를 관찰했다. 본 연구 결과, 주어진 기계적 자극에서는 세포독성과 증식효과는 없었고, MSC의 뼈 형성 초기인자 발현에도 영향을 주지 못했다. 또한, SEM 소견에서 자극이 주어진 군에서 세포외기질의 뻗어나감이 더 활발하게 나타났다. 본 연구에서 기대할 수 있는 효과는 다양한 기계적 자극을 사용하여 MSC로부터 골화를 유도 및 촉진시켜 성체모형의 빠르고 정확한 인공 근골격계 조직재생

의 실현과 더불어 의료분야에 실용 가능성을 제시했다.

[영문]Tissue engineering aims to repair failure tissue and organ by using functional tissue scaffolds that have a faculty to continue to grow in vivo and combine with the host tissue. Current research focuses on methods using artificial tissue transplantation for tissue regeneration. In order to make an artificial tissue by engineering technology, tissue cells response to external stimuli have to be known. To meet this requirement and improve the technology of tissue engineering, progressed bioreactor systems are needed.

In this study, a bioreactor will be used to apply mechanical stimuli in cell culture. After study, we confirm that effects of the applied mechanical stimuli on the growth and differentiation of cell in a two-dimensional scaffold are studied by using the bioreactor.

We confirmed that cellular survival is possible in bioreactor which was confirmed in crystal violet and SEM. Furthermore bioreactor system is aseptic in the whole process of experiment without signs of contamination. The cells under the mechanical strain produced more ECM in SEM than control but, effects of initial transcription factors of bone formation in given mechanical strains were not different from controls. This interim results were promising in terms of cellular survival, excellent working of hardware and software of the system.