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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 생체 내 미세단층촬영을 이용하여 실험동물을 희생하지 않는 비침습적이고 비파괴적인 방법을 통해 장기간 뼈의 미세구조 및 골화 분포 변화를 통합적으로 분석하였고, 이를 통해 전이성 골암으로 인한 골질 변화를 정량적으로 분석하고자 하였다. 또한 생체 내 미세단층 촬영 영상을 기반으로 뼈의 구조적 특성과 재료적 특성을 모두 고려한 기계적 강성도 계산을 통해 골질 약화로 인한 골절 위험성을 분석하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 생체 내 미세단층촬영을 이용하여 실험동물을 희생하지 않는 비침습적이고 비파괴적인 방법을 통해 장기간 뼈의 미세구조 및 골화 분포 변화를 통합적으로 분석하였고, 이를 통해 전이성 골암으로 인한 골질 변화를 정량적으로 분석하고자 하였다. 또한 생체 내 미세단층 촬영 영상을 기반으로 뼈의 구조적 특성과 재료적 특성을 모두 고려한 기계적 강성도 계산을 통해 골질 약화로 인한 골절 위험성을 분석하고자 하였다. 본 연구는 전이성 골암의 진단 및 골절 예방을 위한 방법론 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
제안 방법
- 배지는 3~4일 간격으로 교환되었고 세포가 70~ 80% 정도 배양접시 바닥에 부착(confluency)하였을 때 계대배양(subculture)하였다. 배양중인 세포에 인산완충용액(PBS, LONZA, USA)과 0.5% trypsin-EDTA (LONZA, USA) 처리를 하여 배양 접시로부터 분리하였다. 일정하고 정확한 암세포 주입을 위하여 혈구계산기(hemocytometer)를 이용하여 세포 수를 계산하였다.
- 5% trypsin-EDTA (LONZA, USA) 처리를 하여 배양 접시로부터 분리하였다. 일정하고 정확한 암세포 주입을 위하여 혈구계산기(hemocytometer)를 이용하여 세포 수를 계산하였다.
- 실험동물은 인간의 성장기에 해당되는 12주령 암컷 흰쥐 (Sprague-Dawley rat, 무게 약 250 ± 7 g) 18마리를 사용하였고, 골암 유발군(Tumor group)과 대조군(Sham group)으로 각각 9마리씩 임의로 나누었다. 골암 유발을 위하여 실험동물의 오른쪽 대퇴골에 암세포 주입 수술(intraosseous injection)을 시행하였다[12]. 먼저, 오른쪽 무릎관절의 피부와 근육을 세로 방향(longitudinal)으로 약 1.
- 골암 유발을 위하여 실험동물의 오른쪽 대퇴골에 암세포 주입 수술(intraosseous injection)을 시행하였다[12]. 먼저, 오른쪽 무릎관절의 피부와 근육을 세로 방향(longitudinal)으로 약 1.5 cm정도 절개하였다. 무릎인대의 손상을 피하기 위하여, 무릎관절을 신장(extension)하여 무릎인대를 옆으로 이동시키고 대퇴골 융기사이패임(intercondylar notch)에 20G크기의 주사기바늘을 이용하여 약 1 cm의 깊이로 구멍을 뚫었다.
- 5 cm정도 절개하였다. 무릎인대의 손상을 피하기 위하여, 무릎관절을 신장(extension)하여 무릎인대를 옆으로 이동시키고 대퇴골 융기사이패임(intercondylar notch)에 20G크기의 주사기바늘을 이용하여 약 1 cm의 깊이로 구멍을 뚫었다. 골암 유발군에는 400만개의 암세포(W256)를 주입하고 대조군에는 식염수를 주입한 후에 구멍을 본왁스(bone wax, B.
- 무릎인대의 손상을 피하기 위하여, 무릎관절을 신장(extension)하여 무릎인대를 옆으로 이동시키고 대퇴골 융기사이패임(intercondylar notch)에 20G크기의 주사기바늘을 이용하여 약 1 cm의 깊이로 구멍을 뚫었다. 골암 유발군에는 400만개의 암세포(W256)를 주입하고 대조군에는 식염수를 주입한 후에 구멍을 본왁스(bone wax, B.Braun, Germany)로 막았다. 마지막으로 이동시켰던 무릎인대를 원상태로 옮기고 근육과 피부를 차례로 봉합하였다.
- Braun, Germany)로 막았다. 마지막으로 이동시켰던 무릎인대를 원상태로 옮기고 근육과 피부를 차례로 봉합하였다. 실험동물은 온도와 습도(온도: 23 ± 3℃, 습도: 50 ± 10%)가 유지되며 12시간 주기로 낮과 밤이 바뀌는 깨끗한 동물 사육실에서 사육되었다.
- 미세단층촬영 과정 중 µCT 내부에 설치된 카메라를 통한 움직임 및 심박측정을 통해 동물의 스트레스 상태를 관찰하였으며, 내부 온도변화 감지장치를 통해 동물의 스트레스 상태에 영향을 미칠 수 있는 환경변화의 이상 유무를 관찰하였다.
- 뼈의 재흡수(bone resorption)를 평가하는 대표적인 생화학적 표지자(biochemical marker)인 DPD(deoxypyridinoline) 검사를 수행하였다. DPD 검사를 위하여 외과적 처지 직후(0주), 4주, 8주, 그리고 12주 후에 메타볼릭 케이지(metabolic cage)를 이용하여 24시간 동안 실험동물의 소변을 채취하였다. 이때, DPD는 뼈의 재흡수 정도를 나타 내는 수치이며, DPD 수치가 높을수록 뼈의 재흡수가 증가함을 의미한다[14].
- 외과적 처치 12주 후 양전자 단층촬영(INVEON PET scanner, Simens Medical Solutions)을 수행하여 골암 유발을 직접적으로 확인하였다. 먼저, 실험동물의 꼬리정맥을 통해 21.
- 외과적 처치 12주 후 양전자 단층촬영(INVEON PET scanner, Simens Medical Solutions)을 수행하여 골암 유발을 직접적으로 확인하였다. 먼저, 실험동물의 꼬리정맥을 통해 21.164 MBq의 18F-FDG를 주입하였고 18F-FDG 주입 1시간 이후, 15분 동안 양전자 단층촬영을 수행하였다. 촬영을 통해 획득된 영상은 2D filtered back-projection (2D-FBP) 방법을 통해 재건(reconstruction)하여 분석되었다.
- 골 미세구조 특성 변화 패턴 분석을 위하여, 생체 내 미세단층촬영 시스템(Skyscan 1076, SKYSCAN N.V., Belgium)을 사용하여 뼈의 미세구조 및 골화 정도 분포를 분석하였다. 외과적 처치 직후(0주), 4주, 8주 그리고 12주 후에 실험동물의 오른쪽 대퇴부에 생체 내 미세단층촬영을 시행하였다.
- , Belgium)을 사용하여 뼈의 미세구조 및 골화 정도 분포를 분석하였다. 외과적 처치 직후(0주), 4주, 8주 그리고 12주 후에 실험동물의 오른쪽 대퇴부에 생체 내 미세단층촬영을 시행하였다. 촬영 후 영상의 재건 과정을 거쳐 구조적 파라미 터와 골밀도(BMD, bone mineral density, g/cm3)를 획득하였다.
- 외과적 처치 직후(0주), 4주, 8주 그리고 12주 후에 실험동물의 오른쪽 대퇴부에 생체 내 미세단층촬영을 시행하였다. 촬영 후 영상의 재건 과정을 거쳐 구조적 파라미 터와 골밀도(BMD, bone mineral density, g/cm3)를 획득하였다. 이때 선속 경화 효과(beam hardening effect)를 교정하기 위하여 촬영 전 플랫 필드 커렉션(flat field correction)과 시스템 내부 필터를 통한 선속 경화 인자(beam hardening factor) 교정을 수행하였다[16].
- 촬영 후 영상의 재건 과정을 거쳐 구조적 파라미 터와 골밀도(BMD, bone mineral density, g/cm3)를 획득하였다. 이때 선속 경화 효과(beam hardening effect)를 교정하기 위하여 촬영 전 플랫 필드 커렉션(flat field correction)과 시스템 내부 필터를 통한 선속 경화 인자(beam hardening factor) 교정을 수행하였다[16]. 또한 동물에게 방사선 피폭 피해를 최소화하기 위한 셔터(shutter)를 사용하였다.
- 이때 선속 경화 효과(beam hardening effect)를 교정하기 위하여 촬영 전 플랫 필드 커렉션(flat field correction)과 시스템 내부 필터를 통한 선속 경화 인자(beam hardening factor) 교정을 수행하였다[16]. 또한 동물에게 방사선 피폭 피해를 최소화하기 위한 셔터(shutter)를 사용하였다. 정확한 촬영을 위해 실험동물의 움직임 제한 목적에서 염산케타민(Huons, Korea, 1 mL/kg)과 자일라진(Bayer Korea, Korea, 0.
- 생체 내 미세단층촬영 시스템에서 획득된 2차원 미세단층 영상을 재건한 후 대퇴부에서의 골 미세구조 변화를 분석하였다. 골 미세구조 변수로서, 해면골의 경우, 골 체적비(Bone volume/Tissue volume, BV/TV, %), 골 표면적비 (bone surface to bone volume, BS/BV, 1/mm), 골 패턴 요소(trabecular bone pattern factor, Tb.
- 골밀도 및 골화 정도 분포를 구하기 위하여 밀도 값이 알려진 팬텀(0.25 g/cm 3 , 0.75 g/cm 3 )을 사용하여, 생체 내 미세단층촬영 각 영상의 X-ray 감약계수를 교정하였다. 교정된 X-ray 감약계수를 기반으로 해면골과 피질골의 골밀도를 구하였고, 이를 기반으로 골화 정도의 구간별 분포를 정량적으로 측정하였다.
- 75 g/cm 3 )을 사용하여, 생체 내 미세단층촬영 각 영상의 X-ray 감약계수를 교정하였다. 교정된 X-ray 감약계수를 기반으로 해면골과 피질골의 골밀도를 구하였고, 이를 기반으로 골화 정도의 구간별 분포를 정량적으로 측정하였다. 본 연구에서 분석된 골밀도와 골화 정도 분포는 CT-AN 1.
- 교정된 X-ray 감약계수를 기반으로 해면골과 피질골의 골밀도를 구하였고, 이를 기반으로 골화 정도의 구간별 분포를 정량적으로 측정하였다. 본 연구에서 분석된 골밀도와 골화 정도 분포는 CT-AN 1.9(SKYSCAN N.V., Belgium)를 사용하여 측정하였다.
- 생체 내 미세단층촬영 영상 정보를 기반으로 뼈의 강성도 분석을 통한 골절 위험성을 분석하였다. 팬텀을 통해 교정된 생체 내 미세단층촬영 각 영상 정보를 겉보기 골밀도 (ρapp, apparent bone mineral density, g/cm 2 ) 값으로 변환하였다[17,18].
- 팬텀을 통해 교정된 생체 내 미세단층촬영 각 영상 정보를 겉보기 골밀도 (ρapp, apparent bone mineral density, g/cm 2 ) 값으로 변환하였다[17,18].
- 팬텀을 통해 교정된 생체 내 미세단층촬영 각 영상 정보를 겉보기 골밀도 (ρapp, apparent bone mineral density, g/cm 2 ) 값으로 변환하였다[17,18]. 각 단면 영상을 해면골과 피질골로 나누고 변환된 각 픽셀의 겉보기 골밀도 값을 수식(2.1), 수식(2.2), 그리고 수식(2.3)을 이용하여 탄성계수(elastic modulus)값으로 변환하였다[13].
- 최종적으로 수식(2.5), 수식(2.6), 그리고 수식(2.7)을 이용하여, 각 단면에서의 뼈의 축 강성도(EA, axial rigidity), 굽힘 강성도(EI, bending ridigity), 비틀림 강성도(GJ, torsional rigidity)를 구하였다[8,23].
- 본 연구에 사용된 골암 유발 동물모델은 생체 내 미세단 층촬영 검사, 생화학적 표지자 검사, 그리고 양전자 단층촬영 검사를 통하여 검증되었다(그림 1-4). 생체 내 미세단층 촬영 검사 결과(방사선 영상을 통한 X-ray 감약계수)에 있어서는 골암 유발군에서 전이성 골암에 의한 뼈의 용해성 결손을 확인하였다(그림 1-2).
- 본 연구에 사용된 골암 유발 동물모델은 생체 내 미세단 층촬영 검사, 생화학적 표지자 검사, 그리고 양전자 단층촬영 검사를 통하여 검증되었다(그림 1-4). 생체 내 미세단층 촬영 검사 결과(방사선 영상을 통한 X-ray 감약계수)에 있어서는 골암 유발군에서 전이성 골암에 의한 뼈의 용해성 결손을 확인하였다(그림 1-2). 암세포 주입 4주 후 골암 유발군의 해면골에서 급격한 골손실을 확인하였으며, 8주와 12주 이후에는 골손실이 다소 회복됨을 확인하였다.
- 그러나 피질골에서는 방사선 영상을 통한 시각적인 변화를 확인할 수 없었다. 생화학적 표지자 검사 결과에 있어서도 전이성 골암에 의한 생물학적 변화를 확인하였다(그림 3). 전반적으로 골암 유발군의 뼈의 재흡수가 대조군에 비하여 유의하게 증가함을 확인하였다.
- 본 연구에서는 전이성 골암 동물모델을 개발 및 검증하였고 이를 이용하여 전이성 골암으로 인한 뼈의 골질 및 기계적 강성도 변화를 비파괴적인 방법으로 장기간 추적 관찰하였다. 전이성 골암에 의한 골질 변화를 분석하기 위하여 기존에 연구가 진행된 뼈의 구조적 특성뿐만 아니라 골화 정도 분포를 정량적으로 파악하여 통합적인 골질 평가를 수행하였다.
- 본 연구에서는 전이성 골암 동물모델을 개발 및 검증하였고 이를 이용하여 전이성 골암으로 인한 뼈의 골질 및 기계적 강성도 변화를 비파괴적인 방법으로 장기간 추적 관찰하였다. 전이성 골암에 의한 골질 변화를 분석하기 위하여 기존에 연구가 진행된 뼈의 구조적 특성뿐만 아니라 골화 정도 분포를 정량적으로 파악하여 통합적인 골질 평가를 수행하였다. 또한 뼈의 재료적 특성과 형태적 특성이 모두 고려된 뼈의 기계적 강성도(축강성도, 굽힘강성도, 비틀림강성도)를 계산하여 골절 위험성을 분석하였다는데 본 연구의 의의가 있을 것으로 사료된다.
- 또한 뼈의 재료적 특성과 형태적 특성이 모두 고려된 뼈의 기계적 강성도(축강성도, 굽힘강성도, 비틀림강성도)를 계산하여 골절 위험성을 분석하였다는데 본 연구의 의의가 있을 것으로 사료된다. 또한 본 연구를 위하여 사용된 전이성 골암의 동물모델은 임상에서 흔히 사용되는 방사선 영상법과 생화학적 표지자 그리고 양전자 단층촬영을 통하여 통합적으로 검증되었다. 방사선 영상을 통하여 골암 유발군의 해면골에서 골 용해성 결손이 발생함을 확인하였으며, 피질골의 구조적 요소에서도 골질 약화를 확인하였다.
- 그리고 생화학적 표지자인 DPD 검사를 통하여 전이성 골암으로 인하여 생물학적으로 뼈의 재흡수가 증가함을 확인하였다. 마지막으로 전이성 골암의 진단에서 84~100%의 감수성을 가진 양전자 단층촬영[2]을 통하여 골암 유발을 직접적으로 확인하였다. 이상의 검증을 통해 본 연구에 사용된 전이성 골암 동물모델의 타당성을 검증하였으며, 향후 전이성 골암의 연구에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
대상 데이터
- 실험동물은 인간의 성장기에 해당되는 12주령 암컷 흰쥐 (Sprague-Dawley rat, 무게 약 250 ± 7 g) 18마리를 사용하였고, 골암 유발군(Tumor group)과 대조군(Sham group)으로 각각 9마리씩 임의로 나누었다.
- 골암 유발을 위하여 ATCC (the American Type Culture Collection, USA)로부터 분양 받은 W256 (Walker carcinosarcoma 256 malignant breast cancer cell)세포를 사용하였다. 세포는 37oC, 5% CO2 농도의 인큐베이터에서 배양되었으며 90% ATCC 199 (GIBCO, USA)와 10% 말혈청(horse serum, LONZA, USA)으로 구성된 배지가 사용되었다.
- 골암 유발을 위하여 ATCC (the American Type Culture Collection, USA)로부터 분양 받은 W256 (Walker carcinosarcoma 256 malignant breast cancer cell)세포를 사용하였다. 세포는 37oC, 5% CO2 농도의 인큐베이터에서 배양되었으며 90% ATCC 199 (GIBCO, USA)와 10% 말혈청(horse serum, LONZA, USA)으로 구성된 배지가 사용되었다. 배지는 3~4일 간격으로 교환되었고 세포가 70~ 80% 정도 배양접시 바닥에 부착(confluency)하였을 때 계대배양(subculture)하였다.
- 본 실험의 영상은 18 µm의 해상도로 촬영 되었으며, 이때 생체 내 미세단층촬영을 위한 변수는 관전압 100 kV, 관전류 100 µA, 필터 Al 1.0 mm, 그리고 회전각 0.7°로 설정하였다.
- 또한 동물에게 방사선 피폭 피해를 최소화하기 위한 셔터(shutter)를 사용하였다. 정확한 촬영을 위해 실험동물의 움직임 제한 목적에서 염산케타민(Huons, Korea, 1 mL/kg)과 자일라진(Bayer Korea, Korea, 0.33 mL/kg)을 사용하여 실험 동물을 마취하였다. 미세단층촬영 과정 중 µCT 내부에 설치된 카메라를 통한 움직임 및 심박측정을 통해 동물의 스트레스 상태를 관찰하였으며, 내부 온도변화 감지장치를 통해 동물의 스트레스 상태에 영향을 미칠 수 있는 환경변화의 이상 유무를 관찰하였다.
데이터처리
- Th는 피질골 단면의 평균 두께를 나타낸다. 본 연구에서 분석된 모든 구조적 파라미터는 CT-AN 1.9(SKYSCAN N.V., Belgium)를 사용하여 측정되었다.
- 기계적 강성도 계산의 모든 과정은 MATLAB 7.0(The MathWorks, USA)을 사용하여 수행하였다.
- 각 그룹의 시간에 의한(0주, 4주, 8주, 12주) 변화와 각 주에 대한 그룹간의 유의성을 알아보기 위하여 이원 분산 분석 (Two-way ANOVA)과 함께 사후분석(Tukey post-hoc)을수행 하였다. 이때 모든 통계 분석에 사용된 유의 수준은 0.
이론/모형
- 본 연구의 동물실험은 연세대학교 동물 보호 및 사용에 관한 지침과 법규에 따라 수행되었다(YWC-090608-1). 실험동물은 인간의 성장기에 해당되는 12주령 암컷 흰쥐 (Sprague-Dawley rat, 무게 약 250 ± 7 g) 18마리를 사용하였고, 골암 유발군(Tumor group)과 대조군(Sham group)으로 각각 9마리씩 임의로 나누었다.
- 뼈의 재흡수(bone resorption)를 평가하는 대표적인 생화학적 표지자(biochemical marker)인 DPD(deoxypyridinoline) 검사를 수행하였다. DPD 검사를 위하여 외과적 처지 직후(0주), 4주, 8주, 그리고 12주 후에 메타볼릭 케이지(metabolic cage)를 이용하여 24시간 동안 실험동물의 소변을 채취하였다.
- 164 MBq의 18F-FDG를 주입하였고 18F-FDG 주입 1시간 이후, 15분 동안 양전자 단층촬영을 수행하였다. 촬영을 통해 획득된 영상은 2D filtered back-projection (2D-FBP) 방법을 통해 재건(reconstruction)하여 분석되었다. 여기서 사용된 지표인 SUV(standard uptake value)는 암을 확인하는 정량적인 수치이며, 뼈에 암이 존재할 경우 3~10정도의 값을 가지는 것으로 보고되고 있다[15].
성능/효과
- 현재까지 골암은 X-ray 촬영 영상을 기반으로 진단 및 치료 효과를 판단하고 있으며 이를 통한 골절 위험성 예측 가이드라인(guideline)은 크게 두 가지가 있다[8]. 첫째, 뼈의 결손부위의 지름이 2.5 cm 보다 큰 경우, 둘째, 피질골이 50% 이상 손상된 경우이다. 하지만 결손부위의 경계가 뚜렷하지 않은 경우에는 첫 번째 가이드라인 적용이 쉽지 않으며, 임상적으로 결손부위의 지름이 2.
- 이때 골암 유발군의 경우 7.93 ± 1.86의 SUV, 대조군의 경우 1.92 ± 0.48%의 SUV를 보여, 두그룹 사이에 유의한 차이가 있음을 정량적으로 확인하였다(p < 0.05).
- 생체 내 미세단층 촬영 검사 결과(방사선 영상을 통한 X-ray 감약계수)에 있어서는 골암 유발군에서 전이성 골암에 의한 뼈의 용해성 결손을 확인하였다(그림 1-2). 암세포 주입 4주 후 골암 유발군의 해면골에서 급격한 골손실을 확인하였으며, 8주와 12주 이후에는 골손실이 다소 회복됨을 확인하였다. 그러나 피질골에서는 방사선 영상을 통한 시각적인 변화를 확인할 수 없었다.
- 생화학적 표지자 검사 결과에 있어서도 전이성 골암에 의한 생물학적 변화를 확인하였다(그림 3). 전반적으로 골암 유발군의 뼈의 재흡수가 대조군에 비하여 유의하게 증가함을 확인하였다. 최종적으로 암세포 주입 12주 후에 시행된 양전자 단층촬영 검사 결과에 있어서도 골암 유발 유무를 확인하였다(그림 4).
- 전반적으로 골암 유발군의 뼈의 재흡수가 대조군에 비하여 유의하게 증가함을 확인하였다. 최종적으로 암세포 주입 12주 후에 시행된 양전자 단층촬영 검사 결과에 있어서도 골암 유발 유무를 확인하였다(그림 4). 골암 유발군의 경우 골암 유발을 직접적으로 확인할 수 있었으며, 대조군에서는 골암 유발 징후를 확인할 수 없었다.
- 전반적으로 골암 유발군은 대조군과 비교하여 구조적 특성이 유의하게 약화되었다(p 0.05), 골암 유발군 경우에 있어서는 해면골의 골밀도가 4주와 12주째에 유의하게 감소함을 확인하였다(p < 0.05).
- 또한 전반적으로 골암 유발군이 대조군에 비해 해면골의 골밀도가 유의 하게 낮음을 확인하였다(p < 0.05).
- 그러나 피질골의 골밀도는 골암 유발군과 대조군 모두에서 시간에 따라 유의하게 증가함을 확인였다(p < 0.05).
- 그러나 암세포 주입 4주와 8 주 후의 골암 유발군의 피질골 골밀도는 대조군에 비해 유의하게 낮음을 확인하였다(p < 0.05).
- 골화 정도 분포 분석 에서는 암세포 주입 4주 이후, 골암 유발군은 대조군에 비해 전반적으로 골화 정도가 높은 부분의 분포는 감소하고 골화 정도가 낮은 부분의 분포는 증가하여 뼈의 재료학적 특성이 유의하게 감소하였다(p < 0.05).
- 암세포 주입 직후를 기준으로 한 기계적 강성도 변화율은 그림 9와 같다. 전반적으로 암세포 주입 4주 이후, 골암 유발군의 축 강성도, 굽힘 강성도, 그리고 뒤틀림 강성도 변화율은 대조군에 비해 낮은 경향을 보임을 확인하였다. 그러나 암세포 주입 8주, 12 주 이후에는 약화되었던 기계적 강성도가 회복되는 경향을 보임을 확인하였다.
- 전반적으로 암세포 주입 4주 이후, 골암 유발군의 축 강성도, 굽힘 강성도, 그리고 뒤틀림 강성도 변화율은 대조군에 비해 낮은 경향을 보임을 확인하였다. 그러나 암세포 주입 8주, 12 주 이후에는 약화되었던 기계적 강성도가 회복되는 경향을 보임을 확인하였다.
- 또한 본 연구를 위하여 사용된 전이성 골암의 동물모델은 임상에서 흔히 사용되는 방사선 영상법과 생화학적 표지자 그리고 양전자 단층촬영을 통하여 통합적으로 검증되었다. 방사선 영상을 통하여 골암 유발군의 해면골에서 골 용해성 결손이 발생함을 확인하였으며, 피질골의 구조적 요소에서도 골질 약화를 확인하였다. 그리고 생화학적 표지자인 DPD 검사를 통하여 전이성 골암으로 인하여 생물학적으로 뼈의 재흡수가 증가함을 확인하였다.
- 방사선 영상을 통하여 골암 유발군의 해면골에서 골 용해성 결손이 발생함을 확인하였으며, 피질골의 구조적 요소에서도 골질 약화를 확인하였다. 그리고 생화학적 표지자인 DPD 검사를 통하여 전이성 골암으로 인하여 생물학적으로 뼈의 재흡수가 증가함을 확인하였다. 마지막으로 전이성 골암의 진단에서 84~100%의 감수성을 가진 양전자 단층촬영[2]을 통하여 골암 유발을 직접적으로 확인하였다.
- 암세포 주입 후, 골암 유발군은 대조군에 비해 해면골과 피질골 모두에서 골량이 급격하게 감소하고, 미세구조가 약화됨을 확인할 수 있었다. 골암 유발군의 해면골은 대조군에 비해 BMD, BV/TV, Tb.
- Pf, SMI는 유의하게 큼을 확인하였다. 이를 통하여 골암 유발군의 해면골은 대조군에 비해 골량이 더 적고, 뼈잔 기둥의 평균 두께와 개수가 적음을 알 수 있다. 또한 골암 유발군의 뼈 잔 기둥 사이의 평균 거리가 증가하고 뼈 잔기둥 사이에 낮은 연결성을 가지며, 형태가 좀 더 막대 형태로 변함을 알 수 있다.
- Th는 유의하게 작았으며, BS/BV는 유의하게 큼을 확인 하였다. 이를 통하여 골암 유발군의 피질골은 대조군과 비교하여 뼈의 부피가 적고, 돌림힘에 저항하는 능력이 약하고, 피질골의 단면 두께는 더 얇음을 확인할 수 있었다. 이러한 해면골과 피질골의 구조적 특성 변화는 전이성 골암으로 인하여 뼈의 미세구조가 파괴되어 구조적 특성이 약화되고 골절 위험성이 증가할 수 있음을 의미하며, 이는 전이성 골암에 의한 뼈의 재형성(remodeling) 장애가 발생하여 뼈의 형태학적 특성 약화로 인한 골절 위험성이 증가된다는 기존 연구와 유사한 결과이다[19,20].
- 대조군의 골화 정도는 골화 정도가 높은 구역의 분포가 많은 것에 비해, 골암 유발군의 경우는 골화 정도가 높은 구역의 분포가 미미하였다. 대조군은 실험동물의 성장에 의해 골화가 진행되어 뼈가 점점 더 강해지지만 골암 유발군은 뼈의 용해성 결손에 의하여 골화 진행에 장애가 생긴 것으로 판단된다[21,22].
- 본 연구에 서도 주입된 암세포(W256)에 의한 파골세포의 활동 증가에 의해 골손실이 증가하고 골질이 약화되어 위의 결과를 발생시킨 것으로 사료된다. 생체 내 미세단층촬영을 통해 얻은 영상을 가공하여 계산된 기계적 강성도에서도 암세포 주입 후에, 골암 유발군의 축강성도와 굽힘강성도, 그리고 비틀림 강성도가 대조군에 비해 감소함을 확인하였다. 주입된 암세포에 의한 뼈의 통합적인 골질 약화로 인하여 2차적으로 분석된 기계적 강성도 역시 감소하였으며, 이를 통해 전이성 골암으로 인하여 골절 위험성이 증가할 수 있음을 확인하였다.
- 생체 내 미세단층촬영을 통해 얻은 영상을 가공하여 계산된 기계적 강성도에서도 암세포 주입 후에, 골암 유발군의 축강성도와 굽힘강성도, 그리고 비틀림 강성도가 대조군에 비해 감소함을 확인하였다. 주입된 암세포에 의한 뼈의 통합적인 골질 약화로 인하여 2차적으로 분석된 기계적 강성도 역시 감소하였으며, 이를 통해 전이성 골암으로 인하여 골절 위험성이 증가할 수 있음을 확인하였다.
- 본 연구는 기존의 선행연구가 진행된 암세포 주입 4주 후의 뼈의 단기적 변화에서는 비슷한 결과[12]를 보이나, 8주 그리고 12주 후의 장기적인 변화에서 뼈의 구조적 특성과 기계적 특성이 회복되는 결과를 보인다. 이러한 결과는 파골세포에 증가로 인한 뼈의 재흡수의 활성화 보다 조골세포의 활성 증가로 인한 뼈 형성의 활성화 정도가 더 클 수 있다는 사실을 의미할 수 있다.
- 본 연구는 기존의 선행연구가 진행된 암세포 주입 4주 후의 뼈의 단기적 변화에서는 비슷한 결과[12]를 보이나, 8주 그리고 12주 후의 장기적인 변화에서 뼈의 구조적 특성과 기계적 특성이 회복되는 결과를 보인다. 이러한 결과는 파골세포에 증가로 인한 뼈의 재흡수의 활성화 보다 조골세포의 활성 증가로 인한 뼈 형성의 활성화 정도가 더 클 수 있다는 사실을 의미할 수 있다. 이는 사용된 실험동물의 주령이 어려 실험동물의 성장으로 인한 어떤 생물학적/생화학적요소들이 뼈의 순응(adaptation)을 도운 것으로 사료된다.
후속연구
- 또한 생체 내 미세단층 촬영 영상을 기반으로 뼈의 구조적 특성과 재료적 특성을 모두 고려한 기계적 강성도 계산을 통해 골질 약화로 인한 골절 위험성을 분석하고자 하였다. 본 연구는 전이성 골암의 진단 및 골절 예방을 위한 방법론 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
- 마지막으로 전이성 골암의 진단에서 84~100%의 감수성을 가진 양전자 단층촬영[2]을 통하여 골암 유발을 직접적으로 확인하였다. 이상의 검증을 통해 본 연구에 사용된 전이성 골암 동물모델의 타당성을 검증하였으며, 향후 전이성 골암의 연구에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 이는 암세포 주입을 위한 외과적 처치 과정에서 대퇴골 융기사이패임에 구멍을 뚫어 암세포를 해면골에 직접 주입하였기 때문에 해면골에 암세포가 많이 부착되고 이로 인하여 해면골에서 암세포가 충분히 활성화된 반면, 피질골까지 충분히 암세포가 부착되지 못하여 결과적으로 피질골에서 암세포가 거의 활성화되지 못하였기 때문으로 사료된다. 향후 이 부분에 대한 보완을 수행하여 보다 정확한 전이성 골암 연구를 위한 동물모델을 개발할 예정에 있다. 이를 위하여 대퇴골의 측면에 구멍을 뚫어 암세포를 주입하여 피질골에 직접적으로 암세포가 부착될 수 있는 수정된 암세포 주입법 등을 고려하여 연구를 수행할 예정이다.
- 향후 이 부분에 대한 보완을 수행하여 보다 정확한 전이성 골암 연구를 위한 동물모델을 개발할 예정에 있다. 이를 위하여 대퇴골의 측면에 구멍을 뚫어 암세포를 주입하여 피질골에 직접적으로 암세포가 부착될 수 있는 수정된 암세포 주입법 등을 고려하여 연구를 수행할 예정이다. 또한 본 연구에서 고려된 암세포의 양보다 더 많은 암세포를 주입하는 방법 등을 고려하여 피질골에 암세포가 충분히 부착되어 암세포가 충분히 활성화될 수 있게 하여 연구를 수행할 예정에 있다.
- 이를 위하여 대퇴골의 측면에 구멍을 뚫어 암세포를 주입하여 피질골에 직접적으로 암세포가 부착될 수 있는 수정된 암세포 주입법 등을 고려하여 연구를 수행할 예정이다. 또한 본 연구에서 고려된 암세포의 양보다 더 많은 암세포를 주입하는 방법 등을 고려하여 피질골에 암세포가 충분히 부착되어 암세포가 충분히 활성화될 수 있게 하여 연구를 수행할 예정에 있다.
- 또한 암세포 주입 후 일정 시간이 경과 된 후 면역 반응의 활성화로 인하여 뼈의 구조적 특성과 기계적 특성이 회복되는 것으로 추론되고 있다. 따라서 향후 성장과 전이성 골암의 발생기전 사이의 관계 및 암세포 주입 후 면역 반응 활성화 정도의 분석을 추가적으로 수행하여야 할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 수행된 전이성 골암에 의한 뼈의 골질 및 기계적 강성도 변화에 대한 정량적인 분석은 골암의 진단 및 골절 위험성 예측에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다. 또한 본 연구에서 사용된 생체 내 미세단층 촬영을 이용한 골의 정량적인 분석 방법론은 골다공증과 같은 다른 골질환에 의한 골의 기계적 특성 평가에 응용 가능할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 수행된 전이성 골암에 의한 뼈의 골질 및 기계적 강성도 변화에 대한 정량적인 분석은 골암의 진단 및 골절 위험성 예측에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다. 또한 본 연구에서 사용된 생체 내 미세단층 촬영을 이용한 골의 정량적인 분석 방법론은 골다공증과 같은 다른 골질환에 의한 골의 기계적 특성 평가에 응용 가능할 것으로 사료된다.
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