백서 피하 조직에서 rhBMP-4와 운반체에 의한 이소성 골 형성 효과

Abstract

[한글]

외상이나 종양 혹은 선천적으로 큰 골 조직의 손상이 있는 경우, 다양한 방법의 골 이식재 및 골 대용 생체 재료가 이용되어 왔는데, 최근 들어 유전학 및 분자 생물학의 발전으로 인하여 골 조직 치유에 관여하는 성장 인자라는 여러 물질들을 알아냄으로서, 골 조직 재생에 이용하게 되었다. 이중 골 형성 유도 단백질 (bone morphogenetic protein, BMP)은 다른 성장 인자들은 기존의 골 조직이나 골전구 세포가 있는 경우에만 골 형성을 유도하는데 비해, 이러한 조건을 충족하지 않아도 뛰어난 골 형성 능력을 보일 수 있기 때문에 현재 가장 각광받고 있다. 전통적으로, BMP의 골 형성 능력은 쥐의 근육 내 매식이나 피하 조직 매식으로 평가해 왔다. rhBMP에 대한 연구 중 rhBMP-4에 대한 연구는 아직 부족한 상태이다.

이에 본 연구에서는 흡수성 콜라겐 스폰지 (ACS)와 베타삼화인산칼슘염(β-TCP)을 운반체로 하여 쥐의 등부 피하 조직에서 rhBMP-4 (0.05 mg/ml)의 이소성 골 형성 유도 효과를 평가하고, rhBMP-4의 운반체로서 ACS와 β-TCP를 비교 평가하고자 한다. 본 연구에서는 80마리의 웅성 백서를 4개의 군으로 나누고, 피하 조직에 ACS, β-TCP, rhBMP-4/ACS, rhBMP-4/β-TCP를 매식하였다. 술후 2주와 8주에 실험 동물을 희생하고, 조직학적으로 관찰하였다.

1. ACS와 β-TCP를 단독으로 매식한 군에서는 신생골의 형성을 보이지 않았다.

2. ACS를 운반체로 하여 rhBMP-4를 매식한 군에서는 술후 2주에 부분 적으로 흡수된 ACS가 관찰되었고, 주로 ACS 외부에 높은 빈도의 신 생골 형성 부위가 관찰되었다.

술후 8주에는 ACS가 모두 흡수되어 관찰되지 않았고, 신생골 형성 부위도 관찰되지 않았다.

3. β-TCP를 운반체로 하여 rhBMP-4를 매식한 군에서는 술후 2주에 β -TCP 입자 사이에 신생골 형성 부위가 관찰되었으나, 빈도는 낮았다.

술후 8주에는 β-TCP 입자 사이 및 입자 내로 다량의 층판골 양상의 신생골 형성 부위가 관찰되었으나, 빈도는 낮았다.

이상의 결과에서 볼 때, 쥐의 피하 조직에서 rhBMP-4가 이소성 골 형성을 유도할 수 있으며, ACS와 β-TCP 모두 운반체로서 유효하나, ACS는 빠른 흡수로 인해 골 형성 초기 단계에서만 효과적인 운반체이고, 연조직의 압력과 같은 공간 확보가 용이하지 않은 상황에서는 β-TCP가 더 효과적인 운반체라고 사료된다.

[영문]

If large osseous defects present which was resulted from many causes, such as trauma, tumors, or birth defects, many bone graft materials and synthetic biomaterials have been greatly used. Due to the development of the immunology & molecular biology, many growth factors which is involed with bone healing have been developed and utilized recently. As other growth factors has new bone forming capacity in pre-existed bone tissue or bone precursor cells, bone morphogentic protein (BMP) has exellent new bone forming capacity without predescribed condition. Therefore, BMP has promising respect in present. Traditionally, new bone forming capacity of BMP had been evaluated with intramuscular implantation or subcutaneous implantation. The research of recombinant human bone morphogenetic protein-4 (rhBMP-4) has been insufficient to evaluate its bone forming capacity and its carrier system. The purpose of this study was to evaluate the bone regenerative effect of rhBMP-4 (0.05mg/ml) delivered with absorbable collagen sponge (ACS) or β-tricalcium phosphate (β-TCP) in rat dorsal subcutaneous tissue. In addition, we compared two carrier systems. Eighty male Sprague-Dawley rats were divided into 4 groups of 10 animals each. ACS alone, β-TCP alone, rhBMP-4/ACS, or rhBMP-4/β-TCP were implanted subcutaneous tissue. The rats sacrificed at 2 or 8 weeks postsurgery, and the outcomes evaluated histologically.

1. No new bone formation was seen ACS alone and β-TCP alone group.

2. rhBMP-4/ACS group, 2 weeks, ACS material partially absorbed and high incidence new bone formation was observed at ACS periphery mostly.

ACS completely absorbed and no new bone formation was observed at 8 weeks.

3. rhBMP-4/β-TCP group, new bone formation was observed within β -TCP particles at 2 weeks, but incidence was low.

At 8 weeks, A great deal of lamellar like new bone formation was observed within β-TCP particles, in some area, in micropore of β -TCP particles, but incidence was low.

In conclusion, rhBMP-4 had ectopic bone formation capcity in rat subcutaneous tissue. ACS and β-TCP may be considered as effective carrier system in rat subcutaneous tissue, but ACS is effective on early stage of bone formation due to rapid resorption, β-TCP more effective carrier system in space deficient area in case of soft tissue compression.