Regulation of cell migration by physical stimulation and its application to tissue engineering

Abstract

조직공학 분야는 수많은 장기와 조직의 수요를 충족시키기 위해 발전되어 왔고 보편적으로 인체의 살아있는 장기의 대체품을 제작하고는 것에 초점이 맞춰져 있다. 많은 연구들이 생체재료를 이용한 지지체를 제작하기 위해 행해지고 있다. 이러한 지지체는 세포외기질과 세포들이 3차원 구조체를 형성하고 원하는 조직을 구성할 수 있도록 성장하는데 도움을 준다. 조직재생을 위한 이상적인 지지체의 조건은 적절한 기계적 강도를 지니고, 조직 주변부분과의 생체적합성이 높아야 하며, 다공성의 성질을 가지면서도 조직이 재생됨에 따라 점차적으로 생체 내에서 분해가 되어야 한다 이러한 요건을 충족하기 위해서는 지지체에 세포들이 넓고 고르게 분포되어 있어야 하는데 이를 위해서 세포 이동의 조절이 필요하다. 또한 조직공학에서 줄기세포의 적용이 많이 연구되고 있는 상황인데 현재 줄기세포 분화 방법이나 배양방법에서는 세포의 동질성을 보장하기 어렵기 때문에 세포의 동질성을 평가하는 방법이 필요하다. 유체의 흐름에 의한 전단응력의 경우 유체의 흐름 방향으로 hMSC의 이동을 2-D 상태에서 유도하였고, 그 때에 골지체를 BFA로 억제시킴으로써 유체 흐름의 전단응력에 의한 세포이동 유도와 골지체의 상관관계를 확인하였다. 3-D PLGA 지지체에 유속에 의한 전단응력을 가해주었을 때 hMSC의 지지체 안으로의 이동이 증가하는 것을 확인하였고 이 때에 물리적인 힘이 아닌 전단응력에 의해 세포가 능동적으로 움직일 수 있는 mechanotransduction과 관련된 움직임을 보인다는 것을 확인하였다. 전기자극에 의한 세포이동 유도의 경우 hMSC는 전기자극의 +극 방향으로 움직이는 것을 확인하였고 3-D 지지체에 전기자극을 흘려주었을 때 역시 지지체 안쪽으로 전류의 흐름에 따라 세포의 이동이 증가함을 확인하였다. 세포의 동질성 확인과 관련된 연구로써 지방유래 중간엽 줄기세포, 골수유래 중간엽 줄기세포, 갑상선 유래 줄기세포가 사용되었는데 이 세 종류의 줄기세포 모두 전기자극에 의해 + 극으로 이동이 유도되고, 세 종류의 세포 모두 골분화 진행과정이 7일 이상 지남에 따라 세포이동 속도가 현격히 감소하는 것을 관찰하였다. 이를 토대로 세포이동속도를 기반으로 하여 줄기세포와 골분화 진행 과정중의 세포의 분포 정도를 확인할 수 있었다. 이번 연구를 통하여 유체의 흐름에 의해 생기는 전단 응력이나 전기 자극과 같은 세포 외부에서 가해주는 자극으로 세포의 이동을 조절 가능한 조건을 확립하고 궁극적으로 외부 자극을 이용해서 지지체 속으로 세포가 충분히 침투되지 못하는 문제 해결의 가능성을 확립하였고, 세포이동분석을 이용한 세포의 동질성을 평가할 수 있는 새로운 방법을 제시하였다.