배경 및 목적: 진단학적인 적용이 확장되고 있는 저강도 초음파의 생물학적인 효과에 대한 관심이 점차 높아지고 있는데, 특히 골절이 치유되는 동안 저강도 초음파에 의해 연골세포의 증식이 증가되는 것을 볼 수 있었다. 실제로 여러 연구에서 골관절염의 치료에 이용되고 있는 저강도 초음파에 대한 보고가 있으나 사람의 골관절염에 미치는 저강도 초음파의 생화학적·조직학적인 효과에 대한 체계적인 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 저강도 초음파가 사람의 관절 연골세포의 각기 다른 배양 방법, 즉 조직배양, ...
배경 및 목적: 진단학적인 적용이 확장되고 있는 저강도 초음파의 생물학적인 효과에 대한 관심이 점차 높아지고 있는데, 특히 골절이 치유되는 동안 저강도 초음파에 의해 연골세포의 증식이 증가되는 것을 볼 수 있었다. 실제로 여러 연구에서 골관절염의 치료에 이용되고 있는 저강도 초음파에 대한 보고가 있으나 사람의 골관절염에 미치는 저강도 초음파의 생화학적·조직학적인 효과에 대한 체계적인 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 저강도 초음파가 사람의 관절 연골세포의 각기 다른 배양 방법, 즉 조직배양, alginate 삼차원배양 그리고 단층배양에서 연골세포의 증식과 기질 합성에 미치는 영향을 알아보고 치료 방법으로써의 저강도 초음파의 가장 효과적인 자극의 세기를 확인하고자 하였다. 대상 및 방법: 관절 연골조직은 인공 관절 전치환술을 시행하는 환자와 토끼의 무릎에서 얻었으며, 연골조직과 그 조직에서 분리한 연골세포를 조직배양, 삼차원배양, 단층배양 등의 다양한 조건에서 배양하면서 저강도 초음파 처리하였다. 그 후 저강도 초음파의 세기에 따른 효과를 연골세포 생존율과 증식율을 측정하여 평가하였고, 세포의 모양 변화와 연골 특이적인 세포외기질 발현에 대한 분석은 Western blot, RT-PCR, Northern blot 등의 방법으로 하였다. 결과: 1. 조직배양하면서 초음파 처리한 경우 연골세포의 증식에는 영향을 주지 않았으나 약 200 ㎽/㎠의 세기에서 연골세포의 특이적인 기질인 단백당과 교원질의 합성이 증가하였다. 2. 삼차원 alginate 배양의 경우 연골세포의 증식에는 영향을 주지 않았으나, 200 ㎽/㎠의 세기에서 연골세포의 생존율이 최고 1.6배 증가하였다. 같은 세기에서 연골세포의 특이적인 기질인 단백당과 교원질의 합성이 증가하였으며, 전자현미경(TEM) 하에서 관찰한 결과 RER과 미토콘드리아의 수가 증가하였다. 3. 단층배양의 경우 초음파 100 ㎽/㎠의 세기에서 연골세포의 증식이 약 1.5배 증가하였고, 제 2형 교원질의 발현이 증가하였다. 그러나 단백당의 발현은 변화가 없었다. 4. 토끼의 연골세포에 대한 저강도 초음파의 효과는 사람의 연골세포에 대한 효과와 거의 유사한 결과를 나타냈다. 결론: 저강도 초음파 자극은 단층배양 중인 연골세포의 증식을 촉진하는 효과를 가지고 있으며, 조직배양이나 삼차원배양에서는 연골세포 특이적인 기질 합성 증가를 촉진하였다. 이상의 결과들에서 저강도 초음파는 체외에서 실험적으로 관절염이 있는 조직에 매우 중요한 효과를 보였으며, 이것은 연골조직의 복구와 골관절염이 있는 조직의 치료에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 보인다.
배경 및 목적: 진단학적인 적용이 확장되고 있는 저강도 초음파의 생물학적인 효과에 대한 관심이 점차 높아지고 있는데, 특히 골절이 치유되는 동안 저강도 초음파에 의해 연골세포의 증식이 증가되는 것을 볼 수 있었다. 실제로 여러 연구에서 골관절염의 치료에 이용되고 있는 저강도 초음파에 대한 보고가 있으나 사람의 골관절염에 미치는 저강도 초음파의 생화학적·조직학적인 효과에 대한 체계적인 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 저강도 초음파가 사람의 관절 연골세포의 각기 다른 배양 방법, 즉 조직배양, alginate 삼차원배양 그리고 단층배양에서 연골세포의 증식과 기질 합성에 미치는 영향을 알아보고 치료 방법으로써의 저강도 초음파의 가장 효과적인 자극의 세기를 확인하고자 하였다. 대상 및 방법: 관절 연골조직은 인공 관절 전치환술을 시행하는 환자와 토끼의 무릎에서 얻었으며, 연골조직과 그 조직에서 분리한 연골세포를 조직배양, 삼차원배양, 단층배양 등의 다양한 조건에서 배양하면서 저강도 초음파 처리하였다. 그 후 저강도 초음파의 세기에 따른 효과를 연골세포 생존율과 증식율을 측정하여 평가하였고, 세포의 모양 변화와 연골 특이적인 세포외기질 발현에 대한 분석은 Western blot, RT-PCR, Northern blot 등의 방법으로 하였다. 결과: 1. 조직배양하면서 초음파 처리한 경우 연골세포의 증식에는 영향을 주지 않았으나 약 200 ㎽/㎠의 세기에서 연골세포의 특이적인 기질인 단백당과 교원질의 합성이 증가하였다. 2. 삼차원 alginate 배양의 경우 연골세포의 증식에는 영향을 주지 않았으나, 200 ㎽/㎠의 세기에서 연골세포의 생존율이 최고 1.6배 증가하였다. 같은 세기에서 연골세포의 특이적인 기질인 단백당과 교원질의 합성이 증가하였으며, 전자현미경(TEM) 하에서 관찰한 결과 RER과 미토콘드리아의 수가 증가하였다. 3. 단층배양의 경우 초음파 100 ㎽/㎠의 세기에서 연골세포의 증식이 약 1.5배 증가하였고, 제 2형 교원질의 발현이 증가하였다. 그러나 단백당의 발현은 변화가 없었다. 4. 토끼의 연골세포에 대한 저강도 초음파의 효과는 사람의 연골세포에 대한 효과와 거의 유사한 결과를 나타냈다. 결론: 저강도 초음파 자극은 단층배양 중인 연골세포의 증식을 촉진하는 효과를 가지고 있으며, 조직배양이나 삼차원배양에서는 연골세포 특이적인 기질 합성 증가를 촉진하였다. 이상의 결과들에서 저강도 초음파는 체외에서 실험적으로 관절염이 있는 조직에 매우 중요한 효과를 보였으며, 이것은 연골조직의 복구와 골관절염이 있는 조직의 치료에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 보인다.
Background and purpose: Low intensity of ultrasound (LIUS) has had extensive diagnostic application, and there has been increasing interest in its biological effects. In particular, LIUS has been shown to enhance chondroycte proliferation during fracture repairs, actually, therapeutic LIUS in the ma...
Background and purpose: Low intensity of ultrasound (LIUS) has had extensive diagnostic application, and there has been increasing interest in its biological effects. In particular, LIUS has been shown to enhance chondroycte proliferation during fracture repairs, actually, therapeutic LIUS in the management of osteoarthritis (OA) has been reported in several studies. However, the biochemical and histological effects of LIUS on human OA have never been systematically investigated. Therefore, the objective of this study was to investigate the effects of LIUS on chondrocyte proliferation and matrix synthesis in articular chondrocytes in three different culture conditions, the expalnt, the alginate culture and the monolayer, and determine the most efficient intensity of LIUS as a treatment modality. Materials and Methods: Articular cartilage was harvested from patients who had undergone arthroplasty of OA and rabbit knee. Cartilage explants and isolated chondrocytes from articular cartilage were sonicated in various culture conditions as explant culture, three dimensional culture, monolayer culture. After treatment, the intensity-dependent effects of LIUS was evaluated by measuring cell viability, proliferation and by analysing cell morphology and expression of cartilage specific ECM using Western blot, RT-PCR and Northern blot analysis. Results: 1. In the explant culture condition, there was no effect of LIUS on chondrocytes proliferation but the expression of proteoglycan and collagen was increased at 200 mW/cm2 intensity. 2. In three dimensional culture using alginate bead, proliferation of chondrocyte was not influenced but its viability was increased 1.6 times at 200 mW/cm2 intensity and synthetic rate of proteoglycan and collagen were also increased. At this time, the numbers of RER and mitochondria were increased in cellular level examined by TEM. 3. In monolayer culture, proliferation of chondrocyte was increased 1.5 times at 100 mW/cm2 intensity and production of type II collagen was increased. However, proteoglycan secretion was not changed. 4. The effect of LIUS on rabbit chondrocyte showed similar result with human chondrocyte's. Conclusion: LIUS has the stimulatory effects on proliferation of chondroyctes in monolayer culture, and has stimulatory effects on metabolism of the extracellular matrix of articular chondrocytes in explant and alginate culture. From these results, it was concluded that ultrasound has potentially important effects on arthritic cartilage in vitro, indicating a potentially important role in cartilage repair and in the treatment of osteoarthritic cartilage.
Background and purpose: Low intensity of ultrasound (LIUS) has had extensive diagnostic application, and there has been increasing interest in its biological effects. In particular, LIUS has been shown to enhance chondroycte proliferation during fracture repairs, actually, therapeutic LIUS in the management of osteoarthritis (OA) has been reported in several studies. However, the biochemical and histological effects of LIUS on human OA have never been systematically investigated. Therefore, the objective of this study was to investigate the effects of LIUS on chondrocyte proliferation and matrix synthesis in articular chondrocytes in three different culture conditions, the expalnt, the alginate culture and the monolayer, and determine the most efficient intensity of LIUS as a treatment modality. Materials and Methods: Articular cartilage was harvested from patients who had undergone arthroplasty of OA and rabbit knee. Cartilage explants and isolated chondrocytes from articular cartilage were sonicated in various culture conditions as explant culture, three dimensional culture, monolayer culture. After treatment, the intensity-dependent effects of LIUS was evaluated by measuring cell viability, proliferation and by analysing cell morphology and expression of cartilage specific ECM using Western blot, RT-PCR and Northern blot analysis. Results: 1. In the explant culture condition, there was no effect of LIUS on chondrocytes proliferation but the expression of proteoglycan and collagen was increased at 200 mW/cm2 intensity. 2. In three dimensional culture using alginate bead, proliferation of chondrocyte was not influenced but its viability was increased 1.6 times at 200 mW/cm2 intensity and synthetic rate of proteoglycan and collagen were also increased. At this time, the numbers of RER and mitochondria were increased in cellular level examined by TEM. 3. In monolayer culture, proliferation of chondrocyte was increased 1.5 times at 100 mW/cm2 intensity and production of type II collagen was increased. However, proteoglycan secretion was not changed. 4. The effect of LIUS on rabbit chondrocyte showed similar result with human chondrocyte's. Conclusion: LIUS has the stimulatory effects on proliferation of chondroyctes in monolayer culture, and has stimulatory effects on metabolism of the extracellular matrix of articular chondrocytes in explant and alginate culture. From these results, it was concluded that ultrasound has potentially important effects on arthritic cartilage in vitro, indicating a potentially important role in cartilage repair and in the treatment of osteoarthritic cartilage.
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