연구목적: 골 조직의 주요 구성성분으로서 높은 인장강도, 비세포독성, 낮은 항원성 등의 특성을 갖는 콜라겐(collagen)은 다양한 형태로서 임상분야에서 생체재료로 널리 이용되고 있으며, 골 재생용 지지체의 연구 및 개발에 활발 하게 이용되어지고 있다. 따라서, 본 연구는 토끼의 두개골 결손부에 천연 콜라겐 분자 내에서 항원성이 가장 큰 telopeptide 부분을 ...
연구목적: 골 조직의 주요 구성성분으로서 높은 인장강도, 비세포독성, 낮은 항원성 등의 특성을 갖는 콜라겐(collagen)은 다양한 형태로서 임상분야에서 생체재료로 널리 이용되고 있으며, 골 재생용 지지체의 연구 및 개발에 활발 하게 이용되어지고 있다. 따라서, 본 연구는 토끼의 두개골 결손부에 천연 콜라겐 분자 내에서 항원성이 가장 큰 telopeptide 부분을 펩신 (pepsin)으로 분리 제거하여 생성된 매트릭스 형태와 주입형태의 아텔로콜라겐 (atelocollagen, COL)을 적용하여 골재형성에 미치는 효과를 비교하고자 시 행하였다.
재료 및 방법: 토끼 두개골에 형성된 3개의 원형 결손부에 (1) 대조군: 이 식재를 넣지 않은 군, (2) COL-mat 군: 매트릭스 형태의 아텔로콜라겐 군, (3) COL-inj 군: 주입형태의 아텔로콜라겐 등을 매식하였다. 미세전산 단층 촬영 시스템으로 결손부의 매식 1주, 2주, 4주 그리고 8주 후 결손부의 조 직부피에 대한 골 부피의 비율인 신생골 부피율 (% bone volume)을 측정하 고, 2차와 3차 영상 이미지를 생성하였다. 또한, 조직계측학적 분석을 위하여 Hematoxylin/eosin 염색과 Goldner’s trichrome 염색 후 광학현미경으로 조직형태학적 관찰을 하였다.
결과: Micro-CT 분석을 통하여 음성대조군을 포함한 모든 군의 2D 이미지 에서 결손 경계부위에서부터 형성된 신생골을 확인하였다. 더욱이, 매식 8주 후에서 주입형태의 COL-inj 군에서 결손부 경계부에서부터 중앙부에 이르 기까지 매트릭스 형태의 COL-mat 보다 더 뚜렷한 신생골이 관찰되었다. 신 생골부피율(% bone volume)은 매식 2주 후 음성대조군 (empty) 보다 COL-mat 군 및 COL-inj 군 모두에서 증가의 양상을 보이기는 하지만 유의 한 수준의 차이를 나타내지는 않았다. 그러나, COL-inj 군은 매식 4주와 8주 후에서 현저한 증가율을 보였다(P < 0.01). 또한, 매식 4주와 8주에서 COL-inj 군은 COL-mat 군에 비하여 통계적으로 유의하게 증가되었다 (P < 0.05).
조직학적 관찰에서 COL-inj 군의 매식 2주 후는 특이한 염증소견 없이 COL-mat 군에 비하여 결손부 경계부위에서부터 뚜렷한 골모세포와 신생 골 이 관찰되었고, 또한 풍부한 신생 혈관과 규칙적으로 배열된 섬유성 결합조직 내 미성숙골 형태의 신생골이 일부 관찰되었다. 결손부 중앙부위에서 더욱 조밀한 섬유성 결합조직이 관찰되고, 미성숙 신생골과 그 주위의 골모세포를 관찰 할 수 있었다. 매식 8주 후에는 결손 경계부에서 형성된 골의 양이 많아지고, 대부분이 골의 층판이 형성되었으며 골수강이 형성되는 양상을 보이는 성숙골의 형태를 볼 수 있었다. 기존골과 신생골의 구분이 어려운 형태로 융합되었고, 골 결손부의 중앙부에서도 섬유성 결합조직은 거의 조 밀 한 형태로 성숙골을 감싸고 있으며 중앙부 전체에 걸쳐 관찰되었다. 결손부 피개율은 매식 1주 후에는 COL-mat 군이 유의한 수준의 증가를 보였다(P < 0.05). COL-inj 군의 경우 유의한 수준의 차이는 아니지만 COL-mat 군 보 다 낮은 증가율을 보였지만 매식 2주 후부터 현저하게 증가하는 하는 것으로 나타났다 (P < 0.01). 매식 8주 후에 COL-mat 군 (P < 0.05) 과 COL-inj 군 (P < 0.01) 모두는 음성대조군에 비하여 현저하게 증가된 비율을 보였다. 특히, COL-inj 군은 매식 2주 후부터 COL-mat 군에 비하여 증가의 비율을 보이며 매식 8주에 이르러서는 현저하게 증가된 결손부피개율을 보였다(P < 0.01).
결론: 아텔로콜라겐 성분으로 구성된 매트릭스 형태의 COL-mat와 주입 형태의 COL-inj 모두는 생체적합성, 골친화성, 골전도성이 있으며, 특히 주입형태의 아텔로콜라겐에서 골재형성 정도가 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서 조사된 주입형태의 아텔로콜라겐은 골 전도성과 골 재 형성 능력이 양호한 골 이식재로서 단독 또는 다른 충진재 및 중합체 등과 혼합하여 골 이식물질로의 활용이 가능할 것으로 사료된다.
핵심용어; 아텔로콜라겐, 골전도성, 골재형성, 골이식재,
연구목적: 골 조직의 주요 구성성분으로서 높은 인장강도, 비세포독성, 낮은 항원성 등의 특성을 갖는 콜라겐(collagen)은 다양한 형태로서 임상분야에서 생체재료로 널리 이용되고 있으며, 골 재생용 지지체의 연구 및 개발에 활발 하게 이용되어지고 있다. 따라서, 본 연구는 토끼의 두개골 결손부에 천연 콜라겐 분자 내에서 항원성이 가장 큰 telopeptide 부분을 펩신 (pepsin)으로 분리 제거하여 생성된 매트릭스 형태와 주입형태의 아텔로콜라겐 (atelocollagen, COL)을 적용하여 골재형성에 미치는 효과를 비교하고자 시 행하였다.
재료 및 방법: 토끼 두개골에 형성된 3개의 원형 결손부에 (1) 대조군: 이 식재를 넣지 않은 군, (2) COL-mat 군: 매트릭스 형태의 아텔로콜라겐 군, (3) COL-inj 군: 주입형태의 아텔로콜라겐 등을 매식하였다. 미세전산 단층 촬영 시스템으로 결손부의 매식 1주, 2주, 4주 그리고 8주 후 결손부의 조 직부피에 대한 골 부피의 비율인 신생골 부피율 (% bone volume)을 측정하 고, 2차와 3차 영상 이미지를 생성하였다. 또한, 조직계측학적 분석을 위하여 Hematoxylin/eosin 염색과 Goldner’s trichrome 염색 후 광학현미경으로 조직형태학적 관찰을 하였다.
결과: Micro-CT 분석을 통하여 음성대조군을 포함한 모든 군의 2D 이미지 에서 결손 경계부위에서부터 형성된 신생골을 확인하였다. 더욱이, 매식 8주 후에서 주입형태의 COL-inj 군에서 결손부 경계부에서부터 중앙부에 이르 기까지 매트릭스 형태의 COL-mat 보다 더 뚜렷한 신생골이 관찰되었다. 신 생골부피율(% bone volume)은 매식 2주 후 음성대조군 (empty) 보다 COL-mat 군 및 COL-inj 군 모두에서 증가의 양상을 보이기는 하지만 유의 한 수준의 차이를 나타내지는 않았다. 그러나, COL-inj 군은 매식 4주와 8주 후에서 현저한 증가율을 보였다(P < 0.01). 또한, 매식 4주와 8주에서 COL-inj 군은 COL-mat 군에 비하여 통계적으로 유의하게 증가되었다 (P < 0.05).
조직학적 관찰에서 COL-inj 군의 매식 2주 후는 특이한 염증소견 없이 COL-mat 군에 비하여 결손부 경계부위에서부터 뚜렷한 골모세포와 신생 골 이 관찰되었고, 또한 풍부한 신생 혈관과 규칙적으로 배열된 섬유성 결합조직 내 미성숙골 형태의 신생골이 일부 관찰되었다. 결손부 중앙부위에서 더욱 조밀한 섬유성 결합조직이 관찰되고, 미성숙 신생골과 그 주위의 골모세포를 관찰 할 수 있었다. 매식 8주 후에는 결손 경계부에서 형성된 골의 양이 많아지고, 대부분이 골의 층판이 형성되었으며 골수강이 형성되는 양상을 보이는 성숙골의 형태를 볼 수 있었다. 기존골과 신생골의 구분이 어려운 형태로 융합되었고, 골 결손부의 중앙부에서도 섬유성 결합조직은 거의 조 밀 한 형태로 성숙골을 감싸고 있으며 중앙부 전체에 걸쳐 관찰되었다. 결손부 피개율은 매식 1주 후에는 COL-mat 군이 유의한 수준의 증가를 보였다(P < 0.05). COL-inj 군의 경우 유의한 수준의 차이는 아니지만 COL-mat 군 보 다 낮은 증가율을 보였지만 매식 2주 후부터 현저하게 증가하는 하는 것으로 나타났다 (P < 0.01). 매식 8주 후에 COL-mat 군 (P < 0.05) 과 COL-inj 군 (P < 0.01) 모두는 음성대조군에 비하여 현저하게 증가된 비율을 보였다. 특히, COL-inj 군은 매식 2주 후부터 COL-mat 군에 비하여 증가의 비율을 보이며 매식 8주에 이르러서는 현저하게 증가된 결손부피개율을 보였다(P < 0.01).
결론: 아텔로콜라겐 성분으로 구성된 매트릭스 형태의 COL-mat와 주입 형태의 COL-inj 모두는 생체적합성, 골친화성, 골전도성이 있으며, 특히 주입형태의 아텔로콜라겐에서 골재형성 정도가 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서 조사된 주입형태의 아텔로콜라겐은 골 전도성과 골 재 형성 능력이 양호한 골 이식재로서 단독 또는 다른 충진재 및 중합체 등과 혼합하여 골 이식물질로의 활용이 가능할 것으로 사료된다.
핵심용어; 아텔로콜라겐, 골전도성, 골재형성, 골이식재,
Atelocollagen (COL), which is produced by elimination of the telopeptide moieties in COL using pepsin, has demonstrated its potential as a drug carrier, particularly for gene delivery. COL also shows extremely low antigenicity and has been used as a material in bone tissue repair. Therefore, the pur...
Atelocollagen (COL), which is produced by elimination of the telopeptide moieties in COL using pepsin, has demonstrated its potential as a drug carrier, particularly for gene delivery. COL also shows extremely low antigenicity and has been used as a material in bone tissue repair. Therefore, the purpose of this study was to compare effects of COL matrix form and COL injectable form on bone regeneration in rabbit calvarial defects.
In this study, three-dimensional micro focus computed tomography (micro-CT) was used to evaluate the regenerated percentile bone volume of calvarial defects area. Following this, samples were stained with hematoxylin & eosin and Goldner’s trichrome for microscopic evaluation. Micro-CT analysis demonstrated that COL-inj groups showed the most pronounced effect on percent bone volume after implantation for 8 weeks (P < 0.05). Also, histologic analysis revealed bone formation, and many capillary vessels were observed within the bone defects in the COL-inj groups, after implantation for 2 weeks. After 8 Weeks, the matured bone in the marginal defect area of COL-inj group was observed, and more pronounced bony islands filled central area of the defect than in COL-mat group. The defect closures of COL-inj groups were increased significantly more than in COL-mat groups after implantation for 8 weeks (P < 0.01).
These results demonstrate that COL-inj substance induce prominent vascularization and bone regeneration, and are sufficiently adaptable for treating bone defects. Thus, COL-inj material may be useful for bone remodeling in bone tissue repair.
Key words; Atelocollagen, Bone regeneration, Bone tissue repair
Atelocollagen (COL), which is produced by elimination of the telopeptide moieties in COL using pepsin, has demonstrated its potential as a drug carrier, particularly for gene delivery. COL also shows extremely low antigenicity and has been used as a material in bone tissue repair. Therefore, the purpose of this study was to compare effects of COL matrix form and COL injectable form on bone regeneration in rabbit calvarial defects.
In this study, three-dimensional micro focus computed tomography (micro-CT) was used to evaluate the regenerated percentile bone volume of calvarial defects area. Following this, samples were stained with hematoxylin & eosin and Goldner’s trichrome for microscopic evaluation. Micro-CT analysis demonstrated that COL-inj groups showed the most pronounced effect on percent bone volume after implantation for 8 weeks (P < 0.05). Also, histologic analysis revealed bone formation, and many capillary vessels were observed within the bone defects in the COL-inj groups, after implantation for 2 weeks. After 8 Weeks, the matured bone in the marginal defect area of COL-inj group was observed, and more pronounced bony islands filled central area of the defect than in COL-mat group. The defect closures of COL-inj groups were increased significantly more than in COL-mat groups after implantation for 8 weeks (P < 0.01).
These results demonstrate that COL-inj substance induce prominent vascularization and bone regeneration, and are sufficiently adaptable for treating bone defects. Thus, COL-inj material may be useful for bone remodeling in bone tissue repair.
Key words; Atelocollagen, Bone regeneration, Bone tissue repair
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