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문제 정의
- 본 저자 등은 구순구개열을 비롯한 안면부 결손 환자의 재건술을 위해 관련된 일련의 동물실험을 진행해 왔으며, 최근의 이러한 연구내용을 조사하던 중 2010년 미국 클리블랜드 병원에서 나온 실험적 논문 중에서 Faith, Bozkurt, Nair 및 Siemionow 등의 Transplant International 지에 게재된 ‘A new composite midface allotransplantation model with sensory and motor reinnervation’ 논문14)을 중심으로 CTA와 관련된 최근의 연구 경향을 살펴보고자 하였다.
제안 방법
- 7로 하였으며, 각각의 반응을 최소 한 번씩은 반복하였다. 100-ms window display를 사용하여 두 개의 자극전극(stimulating electrode)을 복합중안모 피판의 mystacial pad에 위치시키고, 접지전극(ground electrode)은 백서 꼬리의 피하면에 위치시켰다. 그 다음 시상봉합부위에 2 cm 길이의 중앙 두피를 절개하고 두정골(parietal bones)의 부시상(parasagittal) 부위를 노출시키고 시상봉 합의 양측에 두 개의 burr 구멍을 뚫어서 두정엽 피질(parietal cortex)의 경뇌막(dura) 구멍을 통해 도출전극(recording electrode)을 위치시켰다.
- 피질반응(cortical responses)을 300회 시도하여 각각의 평균으로 기록하였으며, 파형의 형태는 SSEP 측정에서 음전위와 양전위의 연속으로 이루어졌는데, 특징적인 파형의 양식에서 최초의 음의 파형(N1)을 양의 파형(P1)과 두 번째 음의 파형(N2)이 뒤따르는 것을 알 수 있었다. P1과 N2파형이 가장 두드러지고 일관된 전위이기 때문에 다른 군 간의 감각 회복을 비교하기 위한 이러한 잠재기(latency) 기간을 이용하였다.
- 표적기관(target organ)을 단위로 포함하여 운동신경과 지각신경을 가진 중안모 복합조직(composite osteocutaneous midface tissue)을 채취하기 위해 코, 하순, 교근(masseter muscle) 및 전상악골을 포함하는 이식체를 총경동맥(common carotid artery)과 외경정맥(external jugular vein)의 동일한 혈관경(vascular pedicle)을 살리면서 박리하였다(Figure 1). 가운데 부위에서 수직으로 경부 전방(anterior neck)에서 하순까지 피부절개를 시행하고, 안면동정맥(facial artery and vein)의 타액선 분지들(glandular branches)을 결찰하고 악하선을 절제하였다. 외경정맥과 두 개의 주된 분지 및 전후방 안면정맥을 박리하고 보존하였다.
- 각각의 반응에 대해 자극 후 5~20 ms의 잠재기에 최고 신호 간격의 진폭(peak-to-peak amplitude, μV)을 계산하였다.
- 공여 백서로부터의 이식체를 수혜자의 서혜부에 위치시키고 혈관문합 시행 전에 몇 개의 지주봉합(stay sutures)으로 고정시켰다. 먼저 이식체의 외경정맥과 수혜 백서의 대퇴정맥 사이에 표준 단단 미세수술기법(standard end-to-end microsurgical technique)을 이용하여 정맥문합을 시행하고, 이어서 10/0 nylon을 이용하여 공여 이식체의 총경동맥과 수혜 백서의 대퇴동맥 사이에 단단 문합(end-to-end anastomosis)을 시행하였다16).
- 100-ms window display를 사용하여 두 개의 자극전극(stimulating electrode)을 복합중안모 피판의 mystacial pad에 위치시키고, 접지전극(ground electrode)은 백서 꼬리의 피하면에 위치시켰다. 그 다음 시상봉합부위에 2 cm 길이의 중앙 두피를 절개하고 두정골(parietal bones)의 부시상(parasagittal) 부위를 노출시키고 시상봉 합의 양측에 두 개의 burr 구멍을 뚫어서 두정엽 피질(parietal cortex)의 경뇌막(dura) 구멍을 통해 도출전극(recording electrode)을 위치시켰다. 피질반응(cortical responses)을 300회 시도하여 각각의 평균으로 기록하였으며, 파형의 형태는 SSEP 측정에서 음전위와 양전위의 연속으로 이루어졌는데, 특징적인 파형의 양식에서 최초의 음의 파형(N1)을 양의 파형(P1)과 두 번째 음의 파형(N2)이 뒤따르는 것을 알 수 있었다.
- 또한, MEPs 측정을 위해 운동피질의 양측으로 양극(anodal) 자극을 경막외(epidural) 적용하였는데, 전극을 복부 근육에 삽입하여 기준점으로 활용하고 18mA의 정전류(constant current)로 80μs 기간 동안 자극강도를 주었다.
- 미세혈관조영술(microangiography)은 Rees 등에 의해 기술된 기법을 이용하여 혈관영역이 보존되는 것을 확인하기 위해 시행하였는데16), lead-oxide-gelatin mixture를 총경동맥에 삽입된 도관을 통해 동맥 내로 주입(intra-arterial infusion)한 후에, 복합중안모 동종이식 시편을 채취하여 22kV와 5mAs로 설정된 soft X-ray(Mammo Diagnost UC, Philips, Hamburg, Germany)로 방사선사진을 촬영하였다. 또한, 시간 경과에 따라 골흡수 및 괴사가 없는지를 확인하기 위해 2군과 3군에서 각각 2마리씩에서는 100일째에 나선형(spiral) CT를 촬영하여 평가하였다.
- 수술 직후에 임상적으로 이식체의 상실, 동정맥 이상, 혈종(hematoma) 또는 장액종(seroma)의 형성 및 전반적인 건강상태 등에 대한 평가를 시행하였고, 운동기능의 회복은 mystacial pad의 움직임 회복을 관찰하여 평가하였다. 또한, 홍반(erythema), 부종(edema), 표피박리(desquamation) 및 괴사(necrosis) 등을 포함하여 이식거부의 임상적인 징후에 대해 동종이식체를 관찰하였다. 미세혈관조영술(microangiography)은 Rees 등에 의해 기술된 기법을 이용하여 혈관영역이 보존되는 것을 확인하기 위해 시행하였는데16), lead-oxide-gelatin mixture를 총경동맥에 삽입된 도관을 통해 동맥 내로 주입(intra-arterial infusion)한 후에, 복합중안모 동종이식 시편을 채취하여 22kV와 5mAs로 설정된 soft X-ray(Mammo Diagnost UC, Philips, Hamburg, Germany)로 방사선사진을 촬영하였다.
- 공여 백서로부터의 이식체를 수혜자의 서혜부에 위치시키고 혈관문합 시행 전에 몇 개의 지주봉합(stay sutures)으로 고정시켰다. 먼저 이식체의 외경정맥과 수혜 백서의 대퇴정맥 사이에 표준 단단 미세수술기법(standard end-to-end microsurgical technique)을 이용하여 정맥문합을 시행하고, 이어서 10/0 nylon을 이용하여 공여 이식체의 총경동맥과 수혜 백서의 대퇴동맥 사이에 단단 문합(end-to-end anastomosis)을 시행하였다16). 혈관겸자(clamp)를 풀어주어 허혈시간(ischemia time)을 45분 이하로 유지하도록 하였으며(Figure 4), 이식체를 관류시킨 후 공여 이식체의 안와하 신경과 수혜 백서의 복재신경, 그리고 공여 이식체의 안면신경과 수혜 백서의 대퇴신경 사이에 10/0 nylon으로 표준 신경외막 신경봉합술(epineural neurorraphy)을 시행하였다(Figure 5).
- 모든 수술은 무균적 환경에서 시행하였고, sodium pentobarbital(50 mg/kg을 복강내로) 투여하여 마취를 유도하고 수술 중에는 10 mg/kg/h의 용량으로 유지하였다. 해부학적 박리, 미세혈관문합 및 신경문합 등은 수술현미경(Zeiss OP-MI 6 SD; Carl Zeiss, Goettingen, Germany)으로 확대하여 시행하였다.
- 또한, 홍반(erythema), 부종(edema), 표피박리(desquamation) 및 괴사(necrosis) 등을 포함하여 이식거부의 임상적인 징후에 대해 동종이식체를 관찰하였다. 미세혈관조영술(microangiography)은 Rees 등에 의해 기술된 기법을 이용하여 혈관영역이 보존되는 것을 확인하기 위해 시행하였는데16), lead-oxide-gelatin mixture를 총경동맥에 삽입된 도관을 통해 동맥 내로 주입(intra-arterial infusion)한 후에, 복합중안모 동종이식 시편을 채취하여 22kV와 5mAs로 설정된 soft X-ray(Mammo Diagnost UC, Philips, Hamburg, Germany)로 방사선사진을 촬영하였다. 또한, 시간 경과에 따라 골흡수 및 괴사가 없는지를 확인하기 위해 2군과 3군에서 각각 2마리씩에서는 100일째에 나선형(spiral) CT를 촬영하여 평가하였다.
- 조직을 박리하는 깊이는 교근 하방으로 유지하였는데, 경부에서 전방 중앙 절개로부터 외측과 전방으로 교근과 우측 하순 절반을 포함하여 피판을 거상하였다. 박리 중 안면신경 분지를 보존하고 손상을 방지하기 위해 교근 전체를 이식체에 포함시켰다. 안면신경은 경유돌공(stylomastoid foramen)에서 절단하고 안와하신경은 안와 하열(infraorbital fissure) 수준에서 절단하여 두 신경을 복합조직 이식체에 포함시켰으며, 코, 상순, 우측 하순 절반과 우측 mystacial pad 주위로 박리를 시행하여 마지막으로 골막을 절개하고 burr를 이용하여 전상악골을 수평으로 절단함으로서 코 부위 전체와 경구개 및 치아를 포함한 전상악골 분절을 포함한 중안모 복합조직 채취를 마무리하게 된다.
- 복합중안모 동종이식의 감각 회복을 평가하기 위해 수혜 백서를 pentobarbital로 마취한 상태에서 이식 후 100일째에 SSEP 분석을 시작하였다. Nihon Kohden Neuropack MEB-2200 evoked potential electromyograms(EMG) 장비(Tokyo, Japan)를 이용하여 30~1,500 Hz의 대역통과 여파기(band pass filter)를 이용하였고, grain은 3,000으로 설정하였다.
- 그러나, 기능적인 안면이식 모델에 대한 접근에는 한계점이 있으며 이러한 한계점을 극복하기 위해 본 연구내용과 같이 여러 실험적이고 선도적인 연구가 진행되어 왔다6,7). 본 종설논문에서 주로 인용된 연구에서는 기능적인 회복의 정량적인 평가를 위해 백서에 있어 혈관화된 전상악골의 골분절과 중안모의 지각과 운동 단위를 통합시켜 새로운 기능적 중안모 이식 모델을 도입하여 결과를 도출하였다. 2005년에 Ulusal 등은 지각신경의 재분포를 가지는 이개부(auricle) 이식 모델에 대하여 기술하였는데, 꼬집은(pinching) 동통에 의해 유발된 자극에 대한 실험동물들의 반응을 평가하였다10).
- 수술 직후에 임상적으로 이식체의 상실, 동정맥 이상, 혈종(hematoma) 또는 장액종(seroma)의 형성 및 전반적인 건강상태 등에 대한 평가를 시행하였고, 운동기능의 회복은 mystacial pad의 움직임 회복을 관찰하여 평가하였다. 또한, 홍반(erythema), 부종(edema), 표피박리(desquamation) 및 괴사(necrosis) 등을 포함하여 이식거부의 임상적인 징후에 대해 동종이식체를 관찰하였다.
- 실험동물을 생존시키고 인도주의적인 합병증을 줄이기 위해 수혜 백서의 서혜부(inguinal region)에 이소이식(heterotopic transplantation)을 시행하였다. 수혜 백서의 좌측 서혜부 주름의 내측으로 피부 절개를 시행하고, 미세수술문합을 위한 수술현미경 확대 하에 대퇴혈관들(femoral vessels)을 노출시키고, 서혜부 인대(inguinal ligament)로부터 박리하여 준비하여 혈관문합을 위한 준비를 완료하고, 동시에 신경문합을 위하여 대퇴신경(femoral nerve)과 복재신경(saphenous nerve)을 절단하여 준비하였다15).
- 실험동물을 생존시키고 인도주의적인 합병증을 줄이기 위해 수혜 백서의 서혜부(inguinal region)에 이소이식(heterotopic transplantation)을 시행하였다. 수혜 백서의 좌측 서혜부 주름의 내측으로 피부 절개를 시행하고, 미세수술문합을 위한 수술현미경 확대 하에 대퇴혈관들(femoral vessels)을 노출시키고, 서혜부 인대(inguinal ligament)로부터 박리하여 준비하여 혈관문합을 위한 준비를 완료하고, 동시에 신경문합을 위하여 대퇴신경(femoral nerve)과 복재신경(saphenous nerve)을 절단하여 준비하였다15).
- 흉쇄유돌근(sternocleidomastoid muscle)의 흉쇄골 및 유양돌기 부착을 분리, 절제하여 총 경동맥과 주된 분지인 내외경동맥을 노출시켰다. 악이복근(digastric muscle) 전복(anterior belly)과 후복(posterior belly)을 절제하고, 외경동맥과 그 분지를 넓게 노출시키기 위해 견갑설골근(omohyoid muscle)을 절단하고 설골(hyoid bone)의 대각(greater horn)을 절제하였다. 피판의 내경동맥, 상갑상동맥(superior thyroid artery), 상행인두동맥(ascending pharyngeal artery), 상행구개동맥(ascending palatine artery), 천측두동맥(superficial temporal artery), 후이개동맥(posterior auricular atery), 설동맥(lingual artery) 및 내상악동맥(internal maxillary artery)을 결찰하고 절단함으로서 이러한 복합조직 이식 모델에서는 오직 전안면동맥(anterior facial artery)만 보존하여 혈관경에 포함시켰다.
- 또한, MEPs 측정을 위해 운동피질의 양측으로 양극(anodal) 자극을 경막외(epidural) 적용하였는데, 전극을 복부 근육에 삽입하여 기준점으로 활용하고 18mA의 정전류(constant current)로 80μs 기간 동안 자극강도를 주었다. 양극 자극을 우측 운동피질에 적용하고, 수혜 백서의 좌측 서혜부에 이식된 중안모 이식체의 안면근육(facial animation muscle)에 삽입된 바늘전극(needel electrode)을 이용하여 MEPs를 기록하였다. 도출 기준전극은 활동전극(active electrode)의 1 cm 원위부에 삽입하였으며, 100~5,000 Hz의 대역통과여파기를 이용하였다.
- 가운데 부위에서 수직으로 경부 전방(anterior neck)에서 하순까지 피부절개를 시행하고, 안면동정맥(facial artery and vein)의 타액선 분지들(glandular branches)을 결찰하고 악하선을 절제하였다. 외경정맥과 두 개의 주된 분지 및 전후방 안면정맥을 박리하고 보존하였다. 흉쇄유돌근(sternocleidomastoid muscle)의 흉쇄골 및 유양돌기 부착을 분리, 절제하여 총 경동맥과 주된 분지인 내외경동맥을 노출시켰다.
- 이들 연구진은 백서에서 혈관화 전상악골과 안와하신경 및 안면신경(facial nerve), 그리고 코를 포함한 복합적 안면이식 모델(composite face transplantation model)을 적용하면서 동종이식된 지각신경과 운동신경의 기능적 회복을 평가하기 위해 모두 3군의 실험군의 결과를 제시하였다. 제 1군(group I, n=3)은 박리(dissection) 술식을 연구하였고, 제 2군(group II, n=5)에서는 동계이식(isograft)을 시행하였으며, 제 3군(group III, n=5)에서는 cyclosporine A를 단독투여하면서 동종이식을 시행하였다.
- 동시에 수혜 백서에서의 대퇴신경 혈관다발(femoral neurovascular bundle)과 복재신경이 혈관과 신경 수복을 위해 사용됨으로서 수혜 백서의 안면부 생명유지와 관련한 기능 단위의 손실없이 이식된 이식체를 계속 확인할 수 있게 한다. 이를 위해 감시전극(monitoring electrode)은 복재신경말단기관과 mystacial pad 사이에 위치시켜서 경막외 기록을 시행하였고, 이식체가 안면부나 매식 위치에 재위치되었는지를 알기 위해 기록 가능한 백서의 해부 모형(rat homunculus)에서 다초점 기록을 먼저 계획하게 된다.
- 이식후 평가는 컴퓨터 단층촬영(CT scan, 이하 CT), 체성감각유발전위 검사(somatosensory-evoked potential testing, 이하 SSEP), 운동유발전위검사(motor-evoked potential testing, 이하 MEP) 및 미세혈관조영술(microangiography)을 이용하였다. 모든 실험군에서 100일 이상 장기 생존하였으며, 미세혈관조영술에서 이식체에서는 보존되어 신행화된 혈관을 확인할 수 있었다.
- 이들 연구진은 백서에서 혈관화 전상악골과 안와하신경 및 안면신경(facial nerve), 그리고 코를 포함한 복합적 안면이식 모델(composite face transplantation model)을 적용하면서 동종이식된 지각신경과 운동신경의 기능적 회복을 평가하기 위해 모두 3군의 실험군의 결과를 제시하였다. 제 1군(group I, n=3)은 박리(dissection) 술식을 연구하였고, 제 2군(group II, n=5)에서는 동계이식(isograft)을 시행하였으며, 제 3군(group III, n=5)에서는 cyclosporine A를 단독투여하면서 동종이식을 시행하였다. 지각과 운동 단위(unit)를 가지도록 하기 위해 수혜자의 서혜부(inguinal region)로 이소성 이식(heterotopic transplantation)을 시행할 때는 안와하신경과 복재신경(saphenous nerve)을 연결하고, 안면신경과 대퇴신경(femoral nerve)을 문합하였다.
- 제 1군에서 3개의 복합중안모 이식체를 채취하였고 미세혈관 조영술을 통해 혈관망(vascular network)의 보존을 확인하였다. 안면동맥은 잘 관류되었으며, 모든 혈관영역은 온전하게 혈행을 유지하였다(Figure 6).
- 8~10주령의 동계번식(inbred)시킨 백서(Harlan, Indianapolis, USA)를 이용하였는데, 제 1군(group I, n=3)은 해부학적인 박리를 위해 해부학적 구조를 익히고 미세혈관조영술 연구(microangiographic study)를 진행하여 백서의 중안면 이식 모델을 개발하기 위해 Lewis(RT11) 백서를 이용하였다. 제 2군(group II, n=5)에서는 동계이식(isograft)을 시행하여 Lewis(RT11) 백서 사이에 5개의 동계이식을 수행하였다. 제 3군(group III, n=5)에서는 cyclosporine A를 단독투여하면서 동종이식을 시행하였는데, Lewis-Brown Norway(LBN, RT11+n) 공여자와 Lewis(RT11) 수혜자(recipient) 백서 사이의 주 조직적합 한계(major histocompatibility barrier)를 극복하기 위한 5개의 동종이식을 시행하였다.
- 또한, 마지막 피부를 봉합할 때 백서의 서혜부로 이식체의 점막이 끼어들어가지 않도록 주의하였고, 첫 1주 동안은 이식체 비점막에서 점액이 줄어들 때까지 고인 점액을 매일 흡인하여 주었다. 제 3군 실험동물에는 면역억제재로서 cyclosporin A(이하 CsA)를 단독투여(monotherapy)하였으며, 21일에 걸쳐 16 mg/kg/day에서 2 mg/kg/day로 감량하면서 전체 추적기간 중에 유지하여 투여하였다.
- 제 2군(group II, n=5)에서는 동계이식(isograft)을 시행하여 Lewis(RT11) 백서 사이에 5개의 동계이식을 수행하였다. 제 3군(group III, n=5)에서는 cyclosporine A를 단독투여하면서 동종이식을 시행하였는데, Lewis-Brown Norway(LBN, RT11+n) 공여자와 Lewis(RT11) 수혜자(recipient) 백서 사이의 주 조직적합 한계(major histocompatibility barrier)를 극복하기 위한 5개의 동종이식을 시행하였다.
- 2008년 Landin 등은 기능적인 안면 아단위 이식모델에 대해 기술하였는데, mystacial pad의 안면신경과 안와하신경의 분지를 포함하는 동종이식 모델에 관해 보고하였고, 이식체의 신경생리학적이고 조직학적인(histological) 회복을 평가하였다12,18). 지각 평가는 백서의 수염을 당기는 것으로만 수행하였고, 운동 평가는 안면신경의 신경전도기록과 mystacial muscle의 EMG로 수행하였다. 또한, Washington 등은 신경전도 검사와 피질 검사를 이용하여 운동과 지각 회복을 각각 평가하는 반안면이식(hemifacial transplant) 모델에 대한 연구 결과를 보고하였으며13), 본 종설에서 살펴본 Zor 등의 연구에서는 지각과 운동 신경의 회복 모두에 대한 정량적인 평가를 수행한 점이 차이점이라 할 수 있다.
- 제 1군(group I, n=3)은 박리(dissection) 술식을 연구하였고, 제 2군(group II, n=5)에서는 동계이식(isograft)을 시행하였으며, 제 3군(group III, n=5)에서는 cyclosporine A를 단독투여하면서 동종이식을 시행하였다. 지각과 운동 단위(unit)를 가지도록 하기 위해 수혜자의 서혜부(inguinal region)로 이소성 이식(heterotopic transplantation)을 시행할 때는 안와하신경과 복재신경(saphenous nerve)을 연결하고, 안면신경과 대퇴신경(femoral nerve)을 문합하였다. 그래서 결국 코, 하순, 전상악골로 구성된 복합 이식체에는 안와하신경과 안면신경을 포함하여 이식하였다.
- 표적기관(target organ)을 단위로 포함하여 운동신경과 지각신경을 가진 중안모 복합조직(composite osteocutaneous midface tissue)을 채취하기 위해 코, 하순, 교근(masseter muscle) 및 전상악골을 포함하는 이식체를 총경동맥(common carotid artery)과 외경정맥(external jugular vein)의 동일한 혈관경(vascular pedicle)을 살리면서 박리하였다(Figure 1). 가운데 부위에서 수직으로 경부 전방(anterior neck)에서 하순까지 피부절개를 시행하고, 안면동정맥(facial artery and vein)의 타액선 분지들(glandular branches)을 결찰하고 악하선을 절제하였다.
- 모든 수술은 무균적 환경에서 시행하였고, sodium pentobarbital(50 mg/kg을 복강내로) 투여하여 마취를 유도하고 수술 중에는 10 mg/kg/h의 용량으로 유지하였다. 해부학적 박리, 미세혈관문합 및 신경문합 등은 수술현미경(Zeiss OP-MI 6 SD; Carl Zeiss, Goettingen, Germany)으로 확대하여 시행하였다.
- 먼저 이식체의 외경정맥과 수혜 백서의 대퇴정맥 사이에 표준 단단 미세수술기법(standard end-to-end microsurgical technique)을 이용하여 정맥문합을 시행하고, 이어서 10/0 nylon을 이용하여 공여 이식체의 총경동맥과 수혜 백서의 대퇴동맥 사이에 단단 문합(end-to-end anastomosis)을 시행하였다16). 혈관겸자(clamp)를 풀어주어 허혈시간(ischemia time)을 45분 이하로 유지하도록 하였으며(Figure 4), 이식체를 관류시킨 후 공여 이식체의 안와하 신경과 수혜 백서의 복재신경, 그리고 공여 이식체의 안면신경과 수혜 백서의 대퇴신경 사이에 10/0 nylon으로 표준 신경외막 신경봉합술(epineural neurorraphy)을 시행하였다(Figure 5).
- 외경정맥과 두 개의 주된 분지 및 전후방 안면정맥을 박리하고 보존하였다. 흉쇄유돌근(sternocleidomastoid muscle)의 흉쇄골 및 유양돌기 부착을 분리, 절제하여 총 경동맥과 주된 분지인 내외경동맥을 노출시켰다. 악이복근(digastric muscle) 전복(anterior belly)과 후복(posterior belly)을 절제하고, 외경동맥과 그 분지를 넓게 노출시키기 위해 견갑설골근(omohyoid muscle)을 절단하고 설골(hyoid bone)의 대각(greater horn)을 절제하였다.
대상 데이터
- 복합중안모 동종이식의 감각 회복을 평가하기 위해 수혜 백서를 pentobarbital로 마취한 상태에서 이식 후 100일째에 SSEP 분석을 시작하였다. Nihon Kohden Neuropack MEB-2200 evoked potential electromyograms(EMG) 장비(Tokyo, Japan)를 이용하여 30~1,500 Hz의 대역통과 여파기(band pass filter)를 이용하였고, grain은 3,000으로 설정하였다. 자극기간은 200 μs, 자극 강도는 운동역치(motor threshold)로 하고, 자극 빈도(stimulus frequency)는 초당 2.
이론/모형
- 8~10주령의 동계번식(inbred)시킨 백서(Harlan, Indianapolis, USA)를 이용하였는데, 제 1군(group I, n=3)은 해부학적인 박리를 위해 해부학적 구조를 익히고 미세혈관조영술 연구(microangiographic study)를 진행하여 백서의 중안면 이식 모델을 개발하기 위해 Lewis(RT11) 백서를 이용하였다. 제 2군(group II, n=5)에서는 동계이식(isograft)을 시행하여 Lewis(RT11) 백서 사이에 5개의 동계이식을 수행하였다.
- 임상적인 관찰에서 운동과 지각 회복은 이식후 21일째에 시작됨을 보여주었는데, 얕은 케타민 마취 하에서 mystacial pad의 움직임과 수염을 당길 때의 방어반응을 확인할 수 있었다. 실험동물은 마취된 상태이므로 중추반응 보다는 내재성 반사(intrinsic reflex)일 가능성이 높을 수 있으므로 지각과 운동 회복을 평가하기 위해 각각 SSEP와 EMP를 활용하게 된다. 이식 후 100일째에 SSEP와 MEP 검사는 지각과 운동 회복이 안와하신경에서 정상 잠재기 수치의 67%, 안면신경에서 정상 잠재기 수치의 70%에 이르렀음을 알 수 있었고, 이는 사지 재식(limb replantation)이나 수부 이식 후의 신경 회복의 임상적 결과와 비슷하다고 판단된다24,25).
성능/효과
- 모든 이식체는 장기적으로 생존하였으며(Figure 7), 혈관의 관류 상태도 양호하고 다른 이상은 발생하지 않았다. 2군과 3군의 10마리에서 100일간 100%의 이식체 생존을 보이는 성공적인 중안모 이식 결과를 얻을 수 있었으며, 모든 실험동물은 수술과정을 잘 견뎌내고, 또한, 이식 후 첫 날에 정상적인 활동을 회복하였으며, 체중도 안정적으로 유지되고, 감염의 징후도 발견되지 않았다. 임상적으로 모든 이식체는 전체 관찰 기간 동안 분홍빛을 나타내었으며 유연한 피부 탄력성을 보였으며 절치는 계속 성장하였고, 치배(tooth buds), 골, 연골 및 점막 등도 온전하게 유지되었다.
- 3군에서 정상적인 복재신경과 정상 안와하신경의 평균 잠재기 시간(P1-N1)은 각각 16.4±0.8 ms와 9.3±0.6 ms였으며, 중안모 이식의 감각신경에 대한 평균 잠재기 시간은 23.1±1.5 ms로 나타났다.
- 3군의 모든 개체에서 정상적인 안면신경과 대퇴신경의 평균 진폭은 각각 2.9±0.3 mV와 3.8±0.7 mV였으며, 중안모 이식의 운동신경의 평균 진폭은 2.2±0.5 mV로 파악되었다.
- 모든 실험군에서 100일 이상 장기 생존하였으며, 미세혈관조영술에서 이식체에서는 보존되어 신행화된 혈관을 확인할 수 있었다. CT에서는 혈류가 통하는 전상악골 분절(segment)을 확인할 수 있었으며, SSEP와 MEP에 의해 운동 및 지각 기능이 회복됨을 확인할 수 있었는데, 잠재기(latency)는 이식 후 100일 째에 정상적인 안와하신경 수치의 67%, 정상적인 안면신경 수치의 70%에 이르렀다.
- Mystacial pad가 움직이는 현상은 이식 후 20일에 빠르게 시작되었고, 전체 추적기간 동안 회복되는 경향을 보였으며, 이식 후 100일째의 MEP 검사로 기록 가능한 MEPs를 통해 이식체의 운동신경 재분포(motor reinnervation)를 확인하였다. 3군의 모든 개체에서 정상적인 안면신경과 대퇴신경의 평균 진폭은 각각 2.
- SSEP 검사에서 이식 후 100일째에 이식된 중안모의 mystacial pad의 자극이 수혜 백서의 체성감각피질에서 기록된 피질반응을 나타내었다. 3군에서 정상적인 복재신경과 정상 안와하신경의 평균 잠재기 시간(P1-N1)은 각각 16.
- 동계 이식은 단순히 기능적 유리 피판으로 고려될 수 있으나, 동종이식 모델에 있어서는 지각신경 말단부를 포함하는 피부조직이 이식거부 반응에 가장 취약한 동종 조직이기 때문에 기능적 회복은 훨씬 더 복잡한 과정을 겪게 된다. 결과적으로 전체적으로 기능적인 결과는 이식체의 피부 구성요소 내에 있는 동종 신경의 치유와 동종 이식된 지각 및 운동 단위의 반응 모두의 조합으로서 나타나게 되며, 이러한 기능적 결과는 동종이식된 말단기관, 신경근접합부(neuromuscular junction) 및 체성감각신경 말단의 기능 회복과 동종신경의 회복 모두를 입증하는 것이 중요하다 하겠다.
- 새로운 모발은 이식 후 22일에서 25일 내에 자라는 것으로 관찰되었고, 다행히 피판에 대해 수혜 백서의 자해(mutilation) 소견은 관찰되지 않았다. 기존의 여러 보고에서 이 실험의 모델이 비록 기능을 하지 않는 비기능적(nonfunctional) 모델로 지적된 바 있었고, 이러한 이소성 모델에서 근육탄력이 줄어들 수 있어서 골위축이 발생할 수 있다고 보고되어 왔으나, 중안모 이식후 전상악골은 수혜 동물에서 모든 시기네 쉽게 단단함을 촉진할 수 있었다. 복합중안모 이식체의 CT 소견에서는 정상적인 전상악골의 모습이 지속됨을 확인할 수 있었고(Figure 8), 동계이식체와 동종이식체의 골밀도 정도도 비슷하게 관찰되었다.
- 동계이식과 동종이식 모두에서 이식 후 21일째에 운동신경의 회복을 처음 보였는데, mystacial pad의 움직임으로 확인하였다. 새로운 모발은 이식 후 22일에서 25일 내에 자라는 것으로 관찰되었고, 다행히 피판에 대해 수혜 백서의 자해(mutilation) 소견은 관찰되지 않았다.
- Ladin과 Washington에 의해 기술된 모델들이 연조직 구성요소만 포함한 것일 수 있으나, Zor 등의 논문은 mystacial pad의 외재근의 기시부가 되는 전상악골의 골분절을 포함하는 것으로 이해될 수 있다13,18). 따라서, 전상악골을 포함하고 mystacial pad의 외재근 기시부를 보존함으로써 외재근의 운동 회복을 측정할 수 있었고, 이러한 측정이 오직 작은 내재근에서만 얻어진 기록과 비교하면 이식 회복에 대한 더 정확한 평가를 내릴 수 있는 것으로 사료되어진다.
- 이식후 평가는 컴퓨터 단층촬영(CT scan, 이하 CT), 체성감각유발전위 검사(somatosensory-evoked potential testing, 이하 SSEP), 운동유발전위검사(motor-evoked potential testing, 이하 MEP) 및 미세혈관조영술(microangiography)을 이용하였다. 모든 실험군에서 100일 이상 장기 생존하였으며, 미세혈관조영술에서 이식체에서는 보존되어 신행화된 혈관을 확인할 수 있었다. CT에서는 혈류가 통하는 전상악골 분절(segment)을 확인할 수 있었으며, SSEP와 MEP에 의해 운동 및 지각 기능이 회복됨을 확인할 수 있었는데, 잠재기(latency)는 이식 후 100일 째에 정상적인 안와하신경 수치의 67%, 정상적인 안면신경 수치의 70%에 이르렀다.
- 복합중안모 동종이식에서 저용량(low-dose)의 CsA의 단독투여로 기능적 회복을 가지는 100일 이상에서 생존토록 하였고, 동시에 이 기간동안 동종이식체의 기능적 회복의 평가를 위한 SSEP와 MEP 기록의 타당성을 확인할 수 있었다.
- 기존의 여러 보고에서 이 실험의 모델이 비록 기능을 하지 않는 비기능적(nonfunctional) 모델로 지적된 바 있었고, 이러한 이소성 모델에서 근육탄력이 줄어들 수 있어서 골위축이 발생할 수 있다고 보고되어 왔으나, 중안모 이식후 전상악골은 수혜 동물에서 모든 시기네 쉽게 단단함을 촉진할 수 있었다. 복합중안모 이식체의 CT 소견에서는 정상적인 전상악골의 모습이 지속됨을 확인할 수 있었고(Figure 8), 동계이식체와 동종이식체의 골밀도 정도도 비슷하게 관찰되었다.
- 동계이식과 동종이식 모두에서 이식 후 21일째에 운동신경의 회복을 처음 보였는데, mystacial pad의 움직임으로 확인하였다. 새로운 모발은 이식 후 22일에서 25일 내에 자라는 것으로 관찰되었고, 다행히 피판에 대해 수혜 백서의 자해(mutilation) 소견은 관찰되지 않았다. 기존의 여러 보고에서 이 실험의 모델이 비록 기능을 하지 않는 비기능적(nonfunctional) 모델로 지적된 바 있었고, 이러한 이소성 모델에서 근육탄력이 줄어들 수 있어서 골위축이 발생할 수 있다고 보고되어 왔으나, 중안모 이식후 전상악골은 수혜 동물에서 모든 시기네 쉽게 단단함을 촉진할 수 있었다.
- 실험동물의 생존 기간을 최대한으로 유지하기 위해 수혜 백서의 수술 시간을 총 120분으로 줄이고, 실혈을 최소화하기 위해 세심한 수액 소생(fluid resuscitation)법을 유지하였다. 또한, 마지막 피부를 봉합할 때 백서의 서혜부로 이식체의 점막이 끼어들어가지 않도록 주의하였고, 첫 1주 동안은 이식체 비점막에서 점액이 줄어들 때까지 고인 점액을 매일 흡인하여 주었다.
- 또한, 임상적으로 이식된 수염을 잡아당길 때 회피행동(evasive behavior)이나 방어반응(defense reaction)을 볼 수 있었다. 이와 같은 결과로 미루어보아 신경이식을 동반한 중안모 동종이식을 통해 성공적인 구심성 신경분포(afferent innervation)가 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
- 2군과 3군의 10마리에서 100일간 100%의 이식체 생존을 보이는 성공적인 중안모 이식 결과를 얻을 수 있었으며, 모든 실험동물은 수술과정을 잘 견뎌내고, 또한, 이식 후 첫 날에 정상적인 활동을 회복하였으며, 체중도 안정적으로 유지되고, 감염의 징후도 발견되지 않았다. 임상적으로 모든 이식체는 전체 관찰 기간 동안 분홍빛을 나타내었으며 유연한 피부 탄력성을 보였으며 절치는 계속 성장하였고, 치배(tooth buds), 골, 연골 및 점막 등도 온전하게 유지되었다.
- 임상적인 관찰에서 운동과 지각 회복은 이식후 21일째에 시작됨을 보여주었는데, 얕은 케타민 마취 하에서 mystacial pad의 움직임과 수염을 당길 때의 방어반응을 확인할 수 있었다. 실험동물은 마취된 상태이므로 중추반응 보다는 내재성 반사(intrinsic reflex)일 가능성이 높을 수 있으므로 지각과 운동 회복을 평가하기 위해 각각 SSEP와 EMP를 활용하게 된다.
- 자극기간은 200 μs, 자극 강도는 운동역치(motor threshold)로 하고, 자극 빈도(stimulus frequency)는 초당 2.7로 하였으며, 각각의 반응을 최소 한 번씩은 반복하였다.
- 제 2군과 제 3군에서 모두 10회의 복합중안모이식을 5회의 동계이식과 5회의 동종이식을 시행하였으며, 이식과정의 완료까지는 평균 4시간이 소요되었고, 허혈시간은 약 45분이었다. 모든 수혜 백서는 생존하여 최장 142일까지 관찰하였다.
- 그 다음 시상봉합부위에 2 cm 길이의 중앙 두피를 절개하고 두정골(parietal bones)의 부시상(parasagittal) 부위를 노출시키고 시상봉 합의 양측에 두 개의 burr 구멍을 뚫어서 두정엽 피질(parietal cortex)의 경뇌막(dura) 구멍을 통해 도출전극(recording electrode)을 위치시켰다. 피질반응(cortical responses)을 300회 시도하여 각각의 평균으로 기록하였으며, 파형의 형태는 SSEP 측정에서 음전위와 양전위의 연속으로 이루어졌는데, 특징적인 파형의 양식에서 최초의 음의 파형(N1)을 양의 파형(P1)과 두 번째 음의 파형(N2)이 뒤따르는 것을 알 수 있었다. P1과 N2파형이 가장 두드러지고 일관된 전위이기 때문에 다른 군 간의 감각 회복을 비교하기 위한 이러한 잠재기(latency) 기간을 이용하였다.
후속연구
- 이를 임상적인 결과에서 얻기 위해서는 복합 골근피부 중안모 동종이식 과정은 현재로서는 단순히 재건을 위한 과정 이상으로 여러 장점을 제공하게 된다. 이는 지각과 운동 회복이 가능한 기능적 아단위를 포함하여 안면의 중앙 부분의 일단계 재건을 위한 차선책을 제공하며, 이러한 접근법은 여러 안모 결손, 특히 안면열, 중안모 결손의 여러 질환 환자에 있어서 잠재적인 치료 방법으로 고려할 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한, tacrolimus가 신경 재생을 증진시키고 신경 수복 후 기능적 회복을 촉진시킨다는 여러 것을 나타내는 여러 연구들이 있었는데12,22,23), Landin 등은 운동신경 문합을 가진 안면동종이식에서 tacrolimus를 면역억제제로 사용한 바 있었다12). 중안모 동종이식 모델의 현재 연구에서는 안면이식의 모델에서 시험된 바 있는 CsA 단독투여 감량법을 이용하였는데, 추후에는 tacrolimus를 사용하는 모델이 확립될 경우 보다 유리하고 효과가 우수한 것을 선택할 필요가 있다.
- 코를 포함하는 얼굴 중앙부는 뚜렷하게 기능적이고 심미적인 단위(unit)의 의미를 지니므로 피부, 점막, 연골, 근육, 피하조직 및 골로 이루어진 복합적 구조로서 이러한 복합 결손부의 재건은 임상의에게 항상 연구하고 도전해야 할 과제라 할 수 있다. 코와 구순부를 포함하는 안면부의 여러 아단위(subunit)별 결손은 일반적인 자가재건술(autologous reconstructions)을 이용하여 재생시키기가 어려워서 CTA의 최근 수술적 보고는 이와 같이 도전적인 중앙안면의 결손부에 대한 새로운 재건적 접근의 길을 열어 주었다1-3).
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