측두하악관절에서 발생하는 골관절염은 저작시 통증, 개구제한, 관절잡음, 교합변화를 유발하여 환자의 삶의 질을 저하시키는데 관여하는 주요한 질환이다. 골관절염의 진행과정과 그에 따른 제어방법을 연구하기 위하여 다양한 연구방법이 시도되고 있다. 이 중 골조직면에서의 조직변화, 활막액의 성분변화, 활막의 조직변화, 주변조직의 변화, 통증에 대한 반응을 확인할 수 있는 동물모델이 주로 많이 이용된다. 본 연구에서는 실험동물에서 다양한 방법으로 측두하악관절 골관절염을 유도하여 하악관절표면에서 일어난 조직변화를 비교 관찰하였으며 각 동물모델의 연구 활용방안에 대하여 탐색하였다. 측두하악관절의 관절강에 monosodium iodoacetate (MIA) 와 interleukin-$1{\alpha}$(IL-$1{\alpha}$)를 직접 주입하여 약물로 관절염을 유도하여 관절조직면을 관찰하였다. 또한 여성호르몬인 에스트로겐에 의한 골변화를 확인하기 위하여 난소절제술로 인한 골다공증 유발모델에서의 하악관절을 관찰하였으며, 노화된 백서의 관절면을 확인함으로써 노화로 인한 골변화를 관찰하였다. Safranin-O 염색 법과 Masson's trichrome 염색법을 이용하여 각각의 관절면에서 세포배열의 변화, 콜라겐의 변화, 골조직의 변화 및 파괴양상에 대하여 확인하였고 Safranin-O의 양성반응을 확인하여 proteoglycans (PGs)의 조직내 분포를 추적하였다.
측두하악관절에서 발생하는 골관절염은 저작시 통증, 개구제한, 관절잡음, 교합변화를 유발하여 환자의 삶의 질을 저하시키는데 관여하는 주요한 질환이다. 골관절염의 진행과정과 그에 따른 제어방법을 연구하기 위하여 다양한 연구방법이 시도되고 있다. 이 중 골조직면에서의 조직변화, 활막액의 성분변화, 활막의 조직변화, 주변조직의 변화, 통증에 대한 반응을 확인할 수 있는 동물모델이 주로 많이 이용된다. 본 연구에서는 실험동물에서 다양한 방법으로 측두하악관절 골관절염을 유도하여 하악관절표면에서 일어난 조직변화를 비교 관찰하였으며 각 동물모델의 연구 활용방안에 대하여 탐색하였다. 측두하악관절의 관절강에 monosodium iodoacetate (MIA) 와 interleukin-$1{\alpha}$(IL-$1{\alpha}$)를 직접 주입하여 약물로 관절염을 유도하여 관절조직면을 관찰하였다. 또한 여성호르몬인 에스트로겐에 의한 골변화를 확인하기 위하여 난소절제술로 인한 골다공증 유발모델에서의 하악관절을 관찰하였으며, 노화된 백서의 관절면을 확인함으로써 노화로 인한 골변화를 관찰하였다. Safranin-O 염색 법과 Masson's trichrome 염색법을 이용하여 각각의 관절면에서 세포배열의 변화, 콜라겐의 변화, 골조직의 변화 및 파괴양상에 대하여 확인하였고 Safranin-O의 양성반응을 확인하여 proteoglycans (PGs)의 조직내 분포를 추적하였다.
Osteoarthritis in patients with temporomandibular disorders(TMDs) induces pain, limitation of mouth opening, occlusal problems, and most commonly affects their life quality. Control method and progressive process of osteoarthritis are being extensively researched. The researchers focus on histologic...
Osteoarthritis in patients with temporomandibular disorders(TMDs) induces pain, limitation of mouth opening, occlusal problems, and most commonly affects their life quality. Control method and progressive process of osteoarthritis are being extensively researched. The researchers focus on histologic changes, synovial changes, muscular and ligamental changes and observed reaction to pain. Therefore most of them developed the animal model for osteoarthritis in TMD patients. In this study, we applied several methods which induces osteoarthritis of temporomandibular joint(TMJ) in rats or mice. For locally induce osteoarthritis in TMJ, Monosodium iodoacetate(MIA) or interleukin-$1{\alpha}$(IL-$1{\alpha}$) were injected into TMJ joint space for 5 or 3 weeks. Other groups are chosen for osteoarthritis under systemic control including hormonal changes and aging. To observe cellular change, increased collagen, degenerative bony destruction and distribution of proteoglycans (PGs), safranin-O staining and Masson's trichrome staining were used.
Osteoarthritis in patients with temporomandibular disorders(TMDs) induces pain, limitation of mouth opening, occlusal problems, and most commonly affects their life quality. Control method and progressive process of osteoarthritis are being extensively researched. The researchers focus on histologic changes, synovial changes, muscular and ligamental changes and observed reaction to pain. Therefore most of them developed the animal model for osteoarthritis in TMD patients. In this study, we applied several methods which induces osteoarthritis of temporomandibular joint(TMJ) in rats or mice. For locally induce osteoarthritis in TMJ, Monosodium iodoacetate(MIA) or interleukin-$1{\alpha}$(IL-$1{\alpha}$) were injected into TMJ joint space for 5 or 3 weeks. Other groups are chosen for osteoarthritis under systemic control including hormonal changes and aging. To observe cellular change, increased collagen, degenerative bony destruction and distribution of proteoglycans (PGs), safranin-O staining and Masson's trichrome staining were used.
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문제 정의
이외에도 혈구세포와 근육층은 붉은색으로 표현된다. 따라서 본 실험에서는 골관절염으로 진행될 때 나타나는 연골층의 변화와 섬유 조직의 변화를 추적관찰하기 위하여 2가지의 염색방법을 동시에 시행하였다.
본 연구의 목적은 여러가지 다양한 시도를 통하여 측두하악관절의 하악관절표면에서 발생하는 골관절염을 재현하고자 하는 것이며, 이 결과를 토대로 관절염의 특징분석, 진행과정연구, 치료 및 제어에 대한 연구를 시행하는데 있어 기초자료를 제공하고자 한다.
진행된 골관절염을 재현하기 위해서는 MIA 국소주입이 효과적이며 구조적으로 손상부가 많은 골관절염을 제어하고 손상을 최소화할 수 있는 방법을 연구하기 위하여 사용할 수 있다. 비교적 초기의 골관절염을 재현할 때는 IL-1α를 이용하여 골관절염을 유도할 수 있고 남아있는 연골세포의 증식력을 활성화하는 등의 치료법 연구에 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
그중 국소적인 골관절염 유발을 위하여 MIA 와 IL-1α를 측두하악관절강에 주입하여 사용하는 방법과 전신적인 관절변화를 관찰하기 위하여 난소절제술을 통한 에스트로겐 차단과 노화된 관절면을 관찰하는 방법을 이용하였다.
따라서 측두하악 관절의 관절강에 직접 주입하는 방법을 사용하였으며 후보물질로는 carrageenan, IL-1α, monosodium iodoacetate(MIA)가 검색되었다.
마취가 확인되면 좌측 측두하악관절이 있는 눈 후방부의 자입부위를 제모하고 측두하악관절을 촉진 하여 관절강에 총 20μl(MIA 1 mg)을 주입하였다.
마취제는 pentothal sodium(50mg/kg, 중외제약)을 복강내 주사하였다. 마취된 rat의 정중선을 절개하여, 복부 지방 밑에 위치한 자궁에서 Y자로 나누어진 수란관을 따라 그 끝에 위치한 분홍색의 난소를 적출 제거하고 다시 봉합 하였다. 수술 후 감염을 방지하기 위해 gentamycin 0.
4주령의 암컷 SD rat을 7일간 안정화 시킨 후 사용 하였다. 마취제는 pentothal sodium(50mg/kg, 중외제약)을 복강내 주사하였다. 마취된 rat의 정중선을 절개하여, 복부 지방 밑에 위치한 자궁에서 Y자로 나누어진 수란관을 따라 그 끝에 위치한 분홍색의 난소를 적출 제거하고 다시 봉합 하였다.
본 실험에서는 20μl(MIA 1 mg)을 주 1회, 총 4주 동안 측두하악관절강에 주입하였으며 이는 슬관절에서 관절염을 유발하기 위하여 사용한 방법과 같다4).
본 실험에서는 Ijima와 Yoshihiro 등의 방법을 이용하여 측두하악관절강에 IL-1α를 1주간격으로 2회주입하여 골관절염을 유도하였다3).
마취된 rat의 정중선을 절개하여, 복부 지방 밑에 위치한 자궁에서 Y자로 나누어진 수란관을 따라 그 끝에 위치한 분홍색의 난소를 적출 제거하고 다시 봉합 하였다. 수술 후 감염을 방지하기 위해 gentamycin 0.2 mg/kg을 근육내 주사 (intramuscular injection, IM) 하고 12주 후 희생하여 양측 측두하악관절을 적출하였다.
체중 100-120 g 내외의 4주령 수컷 및 암컷의 Sprague-Dawley(SD) rat, 11개월 된 수컷 ICR mouse를 사용하였다. 실험기간 중 각각 분리되어 우리내에서 자유로이 활동하게 하였으며 실온에서 실험동물용 고형사료와 수돗물을 자유습식하였다.
제작된 표본은 Safranin-O 염색과 Masson’s trichrome 염색을 시행하였다.
표본을 제작하기 위하여 관류고정 후에 탈회과정을 거쳤으며 통상적인 방법에 따라 탈수와 투명화를 시킨 후 파라핀에 포매하고 4μm두께로 횡단연속절편을 제작하였다.
대상 데이터
11개월 된 ICR mouse 수컷을 사용하였으며 1주의 안정기 후 양측 측두하악관절을 적출하였다.
4주령의 암컷 SD rat을 7일간 안정화 시킨 후 사용 하였다. 마취제는 pentothal sodium(50mg/kg, 중외제약)을 복강내 주사하였다.
MIA를 생리식염수에 희석하여 50 mg/ml 농도로 제작하여 준비하고, 4주령 수컷 SD rat를 diethyl ether(Junsei. Japan)를 이용하여 흡입마취를 시행하였다. 마취가 확인되면 좌측 측두하악관절이 있는 눈 후방부의 자입부위를 제모하고 측두하악관절을 촉진 하여 관절강에 총 20μl(MIA 1 mg)을 주입하였다.
체중 100-120 g 내외의 4주령 수컷 및 암컷의 Sprague-Dawley(SD) rat, 11개월 된 수컷 ICR mouse를 사용하였다. 실험기간 중 각각 분리되어 우리내에서 자유로이 활동하게 하였으며 실온에서 실험동물용 고형사료와 수돗물을 자유습식하였다.
성능/효과
보다 심한 골관절염의 형태를 보여주는 MIA 유도 관절염에서는 safranin-O 양성반응을 보이는 부분에서 그렇지 않은 부분에 비해 상대적으로 적은 골파괴를 보여줌으로 인하여 PG가 골재생에 많은 관여를 하고 있음을 확인할 수 있다. 11개월된 ICR mouse의 관절면에서도 safranin-O 양성반응을 확인할 수 있으며, trichrome 염색에서 같은 부분을 관찰해 보면 연골세포가 비교적 잘 보존되고 있음을 확인할 수 있다. 골파괴가 많은 부분에서 상대적으로 약하게 나타나는 safranin-O 양성반응은 PG의 파괴를 의미하며 bone remodeling 능력의 감소, MMP 나 aggrecanases등의 효소에 의한 활발한 조직파괴를 의미한다.
마취가 확인되면 좌측 측두하악관절이 있는 눈 후방부의 자입부위를 제모하고 측두하악관절을 촉진 하여 관절강에 총 20μl(MIA 1 mg)을 주입하였다. 1주간격으로 총 4회를 주입하였으며 최초 약물 주입후 5주째에 희생하였다. 각 백서의 우측 측두하악관절은 대조군으로 이용하였다.
Safranin O 염색에서도 골소주의 두께 감소 및 석회화 감소를 확인할 수 있었고, 골소주 사이의 섬유조직 증식과 염증세포 수 증가가 뚜렷이 관찰되었다(Fig. 11,12,14).
Sulfated Proteoglycan(PG)의 활발한 합성을 의미 하는 safranin-O 염색의 양성반응은 정상소견의 연골 증식영역에서 나타났고 MIA 및 IL-1α를 주입하여 관절염이 유도된 면에서는 남아있는 연골증식영역에서만 관찰 되었다.
Trichrome 염색에서 연골 두께가 불규칙해지고 일부분에서는 정상군에 비해 극히 얇아지기는 했으나 전반적으로 연골층이 유지되는 양상을 관찰할 수 있었으며 Fibrous covering도 일부분에서는 남아있는 것을 확인하였다(Fig. 9). 따라서 관절강내에서의 골조직 노출은 없으나 연골하방에 있는 골소주의 수가 감소되어 있고 전형적인 수직배열이 소실되었다(Fig.
4). 그리고 섬 유모세포, 파골세포 및 염증세포의 증가를 확인할 수 있었으며 골소주의 석회화 정도가 전반적으로 감소하였음을 볼 수 있었다(Fig. 6, 8)
난소 절제를 통하여 골에 대한 에스트로겐의 작용을 배제한 상황을 재현한 본 실험에서는 골전체에 걸친 골밀도의 저하가 관찰되었고 이는 전반적인 골생성능력의 저하와 파골세포의 활성으로 인한 결과를 예상할 수 있다. 하악관절의 조직소견에서 관절 표면하방의 골조직이 노출되지는 않았으나 증식성 영역, 섬유연골성영역, 석회화연골영역에서의 전반적인 연골세포수의 감소가 관찰되고 각 영역의 분화도가 현저히 떨어지며, 관절하골조직에서 섬유조직의 증가 및 골모세포의 감소를 확인할 수 있다.
9). 따라서 관절강내에서의 골조직 노출은 없으나 연골하방에 있는 골소주의 수가 감소되어 있고 전형적인 수직배열이 소실되었다(Fig. 11). 또한 골소주 사이의 섬유화가 상당히 증가하여 특정한 부위에서는 정상군보다 더 두꺼워진 부분도 관찰할 수 있었다(Fig.
11). 또한 골소주 사이의 섬유화가 상당히 증가하여 특정한 부위에서는 정상군보다 더 두꺼워진 부분도 관찰할 수 있었다(Fig. 13)
Sulfated Proteoglycan(PG)의 활발한 합성을 의미 하는 safranin-O 염색의 양성반응은 정상소견의 연골 증식영역에서 나타났고 MIA 및 IL-1α를 주입하여 관절염이 유도된 면에서는 남아있는 연골증식영역에서만 관찰 되었다. 보다 심한 골관절염의 형태를 보여주는 MIA 유도 관절염에서는 safranin-O 양성반응을 보이는 부분에서 그렇지 않은 부분에 비해 상대적으로 적은 골파괴를 보여줌으로 인하여 PG가 골재생에 많은 관여를 하고 있음을 확인할 수 있다. 11개월된 ICR mouse의 관절면에서도 safranin-O 양성반응을 확인할 수 있으며, trichrome 염색에서 같은 부분을 관찰해 보면 연골세포가 비교적 잘 보존되고 있음을 확인할 수 있다.
. 생후 11개월된 ICR mouse에서 관찰한 결과 연골세포층과 증식성영역에서 분화가 제대로 일어나지 않고 있는 것이 확인되었으며 연골 아래 골조직에서는 골소주 사이사이의 섬유조직 부분이 적어지고 골소주는 두꺼워진 상태를 관찰 할 수 있었다. 이와같이 건강한 측두하악관절에서 관찰되는 조직 소견과는 차이가 있었으나 골관절염으로 정의내릴만큼의 세포변성이나 조직파괴 양상을 확인할 수는 없었다.
생후 11개월된 mouse의 측두하악관절을 관찰한 결과 fibrous covering은 소실되어 있었으며, 증식성 연골세포가 확인되지 않음을 알 수 있다. 전반적으로 성숙한 연골부분만 관찰되는데 그 두께가 일정치 않고 연골 아래 골조직에서는 골소주 사이사이의 섬유조직 부분이 감소하였으며 골소주는 두꺼워진 상태였다(Fig.
난소 절제를 통하여 골에 대한 에스트로겐의 작용을 배제한 상황을 재현한 본 실험에서는 골전체에 걸친 골밀도의 저하가 관찰되었고 이는 전반적인 골생성능력의 저하와 파골세포의 활성으로 인한 결과를 예상할 수 있다. 하악관절의 조직소견에서 관절 표면하방의 골조직이 노출되지는 않았으나 증식성 영역, 섬유연골성영역, 석회화연골영역에서의 전반적인 연골세포수의 감소가 관찰되고 각 영역의 분화도가 현저히 떨어지며, 관절하골조직에서 섬유조직의 증가 및 골모세포의 감소를 확인할 수 있다.
후속연구
따라서 노화된 백서에서 관찰되는 골관절염의 경우 현재 진행중인 골파괴를 동반한 골관절염의 연구 모델로는 적합하지 않다. 그보다는 증식활성이 떨어진 연골세포층에서 세포분열을 활성화 하는 연구를 위한 실험에는 이용할 수 있을 것으로 생각된다.
난소절제술을 통한 골다공증 유도 관절염 및 노화에 의한 관절염 유도는 그 자체만으로 환자에서 발견 되는 진행성 골관절염을 재현하기에는 어려움이 있으므로 추가적인 관절강내의 약물주입을 통하여 유도된 골관절염에 대한 연구를 시행함으로써 폐경기 및 노인에서 나타나는 골관절염의 진행과정이나 제어방법을 탐색하는데 많은 도움이 될 것으로 판단된다.
그러나 MIA로 관절염이 유도된 골표면에서는 골관절염이 진행된 환자의 CT 영상에서 확인된 바와 같은 표면 거칠기, 골표면의 침식, 경화성 골변화, 연골하낭종과 유사한 소견을 관찰 할 수 있으므로 사람의 골관절염 염을 재현하는데 충분한 방법이라고 생각된다. 다만 본 실험에서는 실험된 동물에서의 단층촬영을 시행 하지 않았으므로 MIA의 농도조절을 통하여 골파괴 정도를 조절하고 그에 따른 방사선학적 영상을 채득 하여 실제 환자에서의 영상과 조직학적인 변화를 유추해 볼 필요가 있다.
비교적 초기의 골관절염을 재현할 때는 IL-1α를 이용하여 골관절염을 유도할 수 있고 남아있는 연골세포의 증식력을 활성화하는 등의 치료법 연구에 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
향후 활막액의 성분변화, 활막의 변화, 주변 근육의 변화, 미세전산화단층촬영(micro CT) 영상의 채득등을 추가적으로 시행하여 측두하악관절의 골관절염 환자에 대한 정보를 구체화할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
측두하악관절은 무엇인가?
측두하악관절은 관절원판, 원판후조직, 인대, 섬유성 연골, 활액, 활막 등의 구조를 가지는 양측성 복합 관절이다. 성인초기까지 성장이 지속되며 교합과 상호적인 영향관계에 있으므로 저작 습관, 치열 배열, 구강악습관등에 영향을 받아 인생전반기에 걸쳐 변화가 지속되는 관절이기도 하다.
측두하악관절에서 발생하는 골관절염은 어떠한 질환인가?
측두하악관절에서 발생하는 골관절염은 저작시 통증, 개구제한, 관절잡음, 교합변화를 유발하여 환자의 삶의 질을 저하시키는데 관여하는 주요한 질환이다. 골관절염의 진행과정과 그에 따른 제어방법을 연구하기 위하여 다양한 연구방법이 시도되고 있다.
골관절염의 진행과정과 그에 따른 제어방법을 연구하기 위해 어떤 방법을 주로 사용하는가?
골관절염의 진행과정과 그에 따른 제어방법을 연구하기 위하여 다양한 연구방법이 시도되고 있다. 이 중 골조직면에서의 조직변화, 활막액의 성분변화, 활막의 조직변화, 주변조직의 변화, 통증에 대한 반응을 확인할 수 있는 동물모델이 주로 많이 이용된다. 본 연구에서는 실험동물에서 다양한 방법으로 측두하악관절 골관절염을 유도하여 하악관절표면에서 일어난 조직변화를 비교 관찰하였으며 각 동물모델의 연구 활용방안에 대하여 탐색하였다.
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