골수유래 중간엽줄기세포에서 재생중인 후각점막 추출액에 의한 neurotrophic factor의 상향조절

Abstract

[한글]척수 손상이나 뇌졸중등 신경계 손상의 치료 방법으로 골수유래 중간엽줄기세포를 이식하는 세포 치료가 임상적으로 좋은 결과를 보이고 있다. 골수유래 중간엽줄기세포를 이용한 세포 치료에서 손상된 신경계의 회복기전을 알기 위해 재생중인 후각신경 동물모델을 이용한 본 연구를 시행하였다. 후각신경조직을 손상시키고 재생중인 후각신경조직을 만들기 위해 Sprague-Dawley 쥐에 Triton X-100으로 처리하였고 손상시킨 후 9주간의 재생 과정을 H&E, 주사전자현미경, 면역화학 염색을 이용하여 분석 하였다. 이러한 손상된 후각신경의 재생과정에 신경성장인자 (neurotrophic factors)가 필요한지 확인하기 위해 nerve growth factor(NGF), brain derived growth factor(BDNF)의 전사RNA 발현을 역전사 중합효소연쇄반응으로 측정하였다. 또한 손상된 후각점막을 채취해 분쇄하고 그로부터 추출한 추출액을 시험관내 골수유래 중간엽줄기세포의 배지에 첨가한 후 72시간 배양하고 NGF, BDNF에 대한 역전사 중합효소연쇄반응, Western blot, 형광면역화학염색법을 시행하여 분석하였다. 후각점막은 형태적으로 손상 후 9주 내에 회복되었고 이와 병행하여 신경이 재생되는 동안 후각 점막에서 NGF와 BDNF을 코딩하는 전사RNA의 발현이 손상 이후부터 증가하였다가 같은 기간 내에 정상치로 회복되었다. 재생중인 후각점막 추출액을 첨가한 골수유래 중간엽줄기세포에서는 정상 후각점막 추출액을 첨가하거나 생리완충용액[phosphate buffered saline(PBS)]만을 첨가한 대조군에 비해 NGF와 BDNF의 생성 증가를 확인 할 수 있었다. 이러한 결과로, Triton X-100으로 손상된 후각 신경은 손상후3일째부터 재생과정이 활발함을 확인할 수 있었고 그 재생 과정에서 NGF 와 BDNF 가 필요한 물질임을 알 수 있었다. 더 나아가서 재생중인 후각점막의 추출액을 투여한 중간엽줄기세포에서 NGF 와 BDNF 생성을 촉진 시키는 것으로 보아, 이식된 줄기세포가 손상된 신경 조직 안에서 필요한 물질을 분비하여 재생을 유도한다는 가설을 확인 할 수 있었다. 또한 줄기세포의 신경재생 기전의 연구에 있어 후각신경 동물모델은 매우 유용한 방법이라 추측되었다.

[영문]Transplantation of bone marrow derived mesenchymal stem cells(BMSCs) shows relatively promising clinical outcome in treatment of neuronal injury including spinal cord injury and cerebral ischemia. However, there is a controversy in the mechanism whether MSC is differentiated to neural cells or just act as a neuroprotective material to help recovery of neuron. This study was performed to investigate the recovery mechanism of injured neuronal cells by the stem cell therapy using rat regenerating olfactory mucosa model

The Sprague-Dawley rat olfactory mucosa was injured by the Triton X-100 irrigation, and the regenerating process was analyzed by H&E, scanning electron microscope and immunohistochemistry during 9 weeks. RT-PCR to evaluate mRNA expression of the nerve growth factor(NGF), brain derived growth factor(BDNF) was performed in the regenerating mucosa. To mimic BMSC transplantation into the injured olfactory neuronal system, The BMSC were treated with injured(regenerating) olfactory mucosa lysates conditioned medium. The expression of NGF and BDNF was analyzed by RT.PCR, Western blotting and fluorescent immunocytochemistry. As results, Olfactory mucosa was recovered within 9 weeks after the injury and mRNA of NGF and BDNF was increased concomitantly. The mRNA were recovered by the normal range at 9 weeks. BMSC cultured with regenerating olfactory mucosa lysates conditioned medium showed increased mRNA and protein level of NGF and BDNF compared with the control group. These results suggest that NGF and BDNF are some of the neurotrophic factors critical for regenerating process of olfactory nervous system. Furthermore, BMSC in the microenvironment that is mimic to injured olfactory neuronal system, may produce some essential neurotrophic factors like NGF and BDNF to promote neuronal recovery.