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Low-level laser therapy promotes the osteogenic potential of adipose-derived mesenchymal stem cells seeded on an acellular dermal matrix in athymic mice
저용량 레이저 치료가 무세포성 진피 기질에 배양된 개 지방유래 중간엽줄기세포의 골재생에 미치는 영향

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Authors
최규석
Advisor
김완희
Major
수의과대학 수의학과
Issue Date
2013-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
저용량 레이저 치료지방유래 중간엽줄기세포무세포성 진피 기질골재생무흉선 마우스이식물
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 수의학과, 2013. 8. 김완희.
Abstract
지방유래 중간엽줄기세포 (adipose-derived mesenchymal stem cells, ASCs)를 무세포성 진피 기질 (acellular dermal matrix, ADM)과 공배양하여 제작한 이식물 (scaffold)은 골재생에 유용하게 이용되고 있다. 또한, 저용량 레이저 치료 (low-level laser therpy, LLLT)가 골수복에 영향을 준다는 연구가 다수 보고 되고 있다. 본 연구에서는 무흉선 마우스에 있어서 ASCs와 공배양한 ADM을 LLLT와 함께 적용하여 두개골 결손창의 골재생 가능성을 조사하였다.
무흉선 마우스의 두개골에 직경 4 mm 크기의 골결손을 양측으로 유발하고, ADM만 적용한 군 (ADM 군), ADM만 적용하고 LLLT를 적용한 군 (ADM/LLLT 군), ASCs와 공배양 한 ADM을 적용한 군 (ADM/ASCs 군), ASCs와 공배양 한 ADM을 적용하고 LLLT를 적용한 군 (ADM/ASCs/LLLT 군)으로 무작위로 나누어 처치를 적용하였다. 3일, 7일, 14일, 21일, 28일, 56일 차에 시료를 수거하였고, 미세 컴퓨터 단층촬영 (micro-CT)을 통한 삼차원 영상, 골밀도 (bone mineral density, BMD), 골조직용적 (bone tissue volume, BTV)을 분석하였으며, hematoxylin & eosin (H & E) 염색, 면역조직화학 염색 및 western blot을 통해서 골재생 효과를 분석하였다.
삼차원 영상에서는 14일차에 ADM/ASCs와 ADM/ASCs/LLLT 군에서 다른 군에 비해 유의적인 골형성이 확인되었고, ADM/ASCs/LLLT 군은 28일차에, ADM/ASCs 군은 56일차에 골재생이 전체적으로 명확하게 확인되었다. BMD, BTV에 대한 분석결과에서 ADM/ASCs/LLLT 군은 7일차 이후에, ADM/ASCs군은 14일차 이후에 유의적인 증가가 확인되었다. 14일차에 Ki67, TUNEL에 대한 면역형광염색을 통해, 이식한 ASCs의 증식 및 생존성을 평가한 결과에서는 ADM/ASCs/LLLT 군에서 ADM/ASCs 군에 비해 증식 촉진 및 세포자멸사 억제 효과로 인한 생존성 증가가 확인되었고, 이를 통해 LLLT의 ASCs 증식 및 생존성 향상 효과를 확인하였다. 조직학적 분석에서는 ADM/ASCs 군과 ADM/ASCs/LLLT 군에서 골결손부의 수복이 확인되었지만, ADM 군과 ADM/LLLT 군의 경우에는 28일차, 56일차에도 소수의 연결성이 없는 골 (bone island) 형성과 섬유소 연결만 확인되었다. 면역조직화학적 평가에서는 ASCs/ADM/LLLT 군에서 다른 군들에 비해 골형성 단백질의 유의적인 증가가 확인되었다.
ASCs와 공배양한 ADM은 골재생을 촉진시키고, LLLT의 추가 적용은 빠른 속도의 골재생으로 이어진다는 결과를 확인하였으며, 이를 토대로 손상된 골조직의 재생에 있어서 ASCs와 공배양한 ADM을 LLLT와 함께 적용하는 것이 효과적일 것이라 생각된다.
An adipose-derived mesenchymal stem cell (ASC)-seeded acellular dermal matrix (ADM) has been used for bone regeneration. Additionally, numerous studies have demonstrated that low-level laser therapy (LLLT) affects bone repair in experimental animals. This study investigates the feasibility of using an ASC-seeded ADM along with LLLT to repair bone defect in athymic nude mice.
Critical-sized calvarial defects were treated either with an ADM (ADM group), an ADM along with LLLT (ADM/LLLT group), an ASC-seeded ADM (ADM/ASCs group) or an ASC-seeded ADM along with LLLT (ADM/ASCs/LLLT group). The animals were euthanized at 3, 7, 14, 21, 28 and 56 days. Micro-computed tomographic (CT) imaging, histological evaluation, immunohistochemistry and western blot were performed.
In micro-CT images, the ADM/ASCs and the ADM/ASCs/LLLT groups showed remarkable bone formation after 14 days. Furthermore, bone regeneration in the ADM/ASCs/LLLT group was obvious at 28 days, but in the ADM/ASCs group at 56 days. Bone mineral density (BMD) and bone tissue volume (BTV) in the ADM/ASCs/LLLT group significantly increased after 7 days, but in the ADM/ASCs group after 14 days. Histological analysis revealed that the defects were repaired in the ADM/ASCs and the ADM/ASCs/LLLT group, while the defects in the ADM and the ADM/LLLT groups exhibited few bone islands with fibrous connection at 28 and 56 days. The successful seeding of ASCs onto ADM was confirmed, and LLLT enhanced the proliferation and the survival of ASCs at 14 days.
An ASC-seeded graft promoted bone regeneration, and the application of LLLT on an ASC-seeded ADM results in rapid bone formation. The implantation of an ASC-seeded ADM combined with LLLT may be used effectively for bone regeneration.
Language
English
URI
http://hdl.handle.net/10371/133702
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Appears in Collections:
College of Veterinary Medicine (수의과대학)Dept. of Veterinary Medicine (수의학과)Theses (Master's Degree_수의학과)
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