외부 자극에 따른 파골세포 (Osteoclast) 골 흡수 변화에 대한 3차원적 분석

Abstract

Bone remodeling 과정에서 파골세포와 조골세포로 인한 파괴와 생성의 과정은 균형을 이루고 있다. 만약 이러한 균형이 깨져 파괴되는 양이 더 많을 경우, 골다공증으로 이어진다. 이러한 골다공증을 치료하기 위해, 뼈를 파괴하는 파골세포 분화 자체를 억제한다든지, 뼈 형성 촉진제를 이용한 추가적인 뼈 형성 등 다양한 연구가 진행되었다. 울프의 법칙(Wolff`s Law)에 따르면, 뼈에 자극을 가했을 때 그 힘을 견뎌내기 위해 뼈가 더욱 강해지는데, 그러한 자극 중 가장 일반적인 것이 뼈 내부에서의 0.8~3 Pa의 유체전단응력이다. 지금까지 bone remodeling 연구에서는 광학현미경을 통해 뼈가 파괴된 넓이를 2차원적으로 계산하였으나, 파골세포의 뼈 파괴는 3차원적으로 이루어지기 때문에, 기존의 2차원적 분석으로는 파골세포가 파괴한 정도를 정확히 정량화 했다고 하기 힘들다. 또한 이러한 측정에서, 실험에 사용한 시료의 전체 부피의 변화를 관찰하는 것은 bone remodeling 실험에서 필수적이며, 이러한 실험을 통해 얻은 부피 변화에 대한 결과는 bone remodeling에 대한 정량화와 bone remodeling 과정을 이해하는데 중요한 역할을 할 것이다. 본 연구에서는, 다양한 조건에 따라 변화된 dentine disc 부피를 정량화하기 위한 쉽고 편리한 방법을 개발했다. 공초점 현미경을 이용해 획득한 기하학적 정보를 MATLAB을 이용하여 계산하는 방법으로, 다양한 유체전단응력과 alendronate 농도가 파골세포의 뼈 파괴에 어떤 영향을 미치는지 대한 결과를 얻어냈다. 이를 통해, dentine disc 각각의 전체 부피 변화에 대한 정확한 변화를 확인할 수 있었으며, 또한 다양한 조건에 따른 bone remodeling에 대한 정량 분석이 가능했다. 결과적으로, 파골세포의 뼈 파괴는, 파골세포에 가해지는 유체전단응력과 비례하여 완화되었으며, alendronate 역시 뼈 파괴를 억제하는 효과를 확인할 수 있었다.