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Enhanced bone regeneration with tauroursodeoxycholic acid : 타우로우루소디옥시콜릭산을 이용한 골 재생 촉진

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공과대학 협동과정 바이오엔지니어링전공
Issue Date
서울대학교 대학원
Tauroursodeoxycholic acidBone regenerationBMPsAdipogenesisApoptosis
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 협동과정 바이오엔지니어링전공, 2013. 2. 김병수.
골형성단백질(BMPs) 은 효과적인 성장인자로 골 조직재생분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 하지만 중간엽줄기세포 (MSCs) 를 지방세포 (Adipocyte)와 골세포 (Osteoblast)로 섬세한 제어과정 없이 동시에 분화시키기 때문에 BMPs를 사용한 골 조직 재생에서는 양질의 골 재생이 중요한 문제가 될 수 있다. 따라서, 조직재생에서 바람직하지 않은 BMPs의 이러한 효과를 최소화 하는 화합물을 찾는 것이 굉장히 중요한 의미를 가질 수 있다. 이번 연구에서는, 강력하게 세포사멸 (Apoptosis)을 억제하고, 화학적 샤페론 (Chaperone)으로써 지방분화를 억제하는 약물인 타우로우루소디옥시콜릭산 (TUDCA) 을 이용해 골 재생 효과와 그 정도를 확인하였다. TUDCA의 효과를 입증하기 위해 타입 1 콜라겐 스폰지를 지지체로 사용하여 TUDCA 단독, 혹은 TUDCA와 BMP-2을 함께 마우스 골 결손 모델에 전달하고, 그 정도를 micro computed tomography (μCT) 와 조직학 그리고 면적조직화학을 이용해 평가했다. 콜라겐 스폰지를 통해 전달된 TUDCA는 다른 군들과 비교했을 때 양질의 골을 효과적으로 재생한 것을 확인할 수 있었다. 또한 Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assay와 RT-PCR 결과를 통해 콜라겐 지지체로 이동 한 세포의 사멸을 감소시키는 것을 확인했고, 이는 TUDCA로 유도된 골의 재생에 세포사멸이 중요한 요소가 될 수 있다는 가능성을 제시한다. 이번 실험 결과를 통해, TUDCA는 세포사멸과 지방 분화 억제를 통해 효과적인 골 재생 약물로서 사용될 수 있다는 가능성을 보여주었고, 나아가 BMPs의 대체제로서의 가능성도 엿볼 수 있었다.
Bone morphogenetic proteins (BMPs) are effective growth factors that widely used in bone tissue engineering. However, since BMPs can induce differentiation of mesenchymal stem cells into both adipocytes and osteoblasts, without meticulous controlling, using BMPs for bone regeneration can cause problems in terms of regenerated bone quality. Thus finding a compound that can minimize the undesirable effects of BMPs in bone regeneration will have its own significance. In the present study, tauroursodeoxycholic acid (TUDCA), an apoptosis inhibitor, was tested and its efficacy was evaluated. To examine the effect of TUDCA, TUDCA was delivered with or without BMP-2 to calvarial defects of mice using type 1 collagen sponge as a carrier, and its bone regenerating efficacy was evaluated by various analytical methods including micro computed tomography (μCT), histology, and immunohistochemistry. Surprisingly, even without BMP-2, TUDCA delivered by collagen sponge significantly increased bone regeneration area, as well as the quality of regenerated bone tissue, compared to other groups. Furthermore, terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assay and RT-PCR results indicated that TUDCA significantly suppressed apoptosis of the cells migrated into the collagen scaffold, suggesting the possibility of the decreased apoptosis by TUDCA played an important role in the TUDCA-induced bone regeneration. The results of the present study indicate that TUDCA can be an effective bone regenerating agent, and it also can be a potential substitute of BMPs in bone regeneration.
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