본 연구는 방사선 조사 후, 난소 적출을 한 흰쥐에 있어서 골회복과정 중에 셀레늄(Se)에 의한 보호 작용을 평가한 연구이다. 목적 수행을 위해 난소 적출술을 실시한 암컷 Sprague-Dawley계 흰쥐 80마리를 무작위로 ovariectomized(Ov), Ov/Se, Ov/irradiated(Irr) 그리고 Ov/Se/Irr와 같이 4개의 처리군으로 구분하였다. 골 결손은 난소적출(ovariectomy) 후, 40일에 모든 공시동물의 경골(tibia)에서 만들어졌다. 수술 후, 48시간에 Ov/Se군과 Ov/Se/Irr 처리구의 흰쥐에만 0.8 mg Se/kg을 투여하였다. 수술 후, 72시간에 Ov/Irr 군과 Ov/Se/Irr 처리구의 흰쥐에만 10Gy의 X-rays 조사를 사지부위(limb region)에 실시하였다. 수술 후, 모든 공시동물은 7, 15, 22 그리고 29일에 안락사를 시키고, 섬유주골형(trabecular bone)의 개수 분석(Masson Trichrome) 과 복 굴절 분석(Picrosirius)에 의해서 골 회복과정을 평가하였다. 난소적출한 군 및 방사선 조사한 군에서 골 재생 과정이 지연되는 현상을 확인이 가능하였다. 결론적으로, 셀렌산염 (sodium selenite)은 독성 없이 난소 적출을 한 흰쥐의 경골(tibia)의 골 재생과정에서 방사선 보호작용을 할 가능성을 제시하였다.
본 연구는 방사선 조사 후, 난소 적출을 한 흰쥐에 있어서 골회복과정 중에 셀레늄(Se)에 의한 보호 작용을 평가한 연구이다. 목적 수행을 위해 난소 적출술을 실시한 암컷 Sprague-Dawley계 흰쥐 80마리를 무작위로 ovariectomized(Ov), Ov/Se, Ov/irradiated(Irr) 그리고 Ov/Se/Irr와 같이 4개의 처리군으로 구분하였다. 골 결손은 난소적출(ovariectomy) 후, 40일에 모든 공시동물의 경골(tibia)에서 만들어졌다. 수술 후, 48시간에 Ov/Se군과 Ov/Se/Irr 처리구의 흰쥐에만 0.8 mg Se/kg을 투여하였다. 수술 후, 72시간에 Ov/Irr 군과 Ov/Se/Irr 처리구의 흰쥐에만 10Gy의 X-rays 조사를 사지부위(limb region)에 실시하였다. 수술 후, 모든 공시동물은 7, 15, 22 그리고 29일에 안락사를 시키고, 섬유주골형(trabecular bone)의 개수 분석(Masson Trichrome) 과 복 굴절 분석(Picrosirius)에 의해서 골 회복과정을 평가하였다. 난소적출한 군 및 방사선 조사한 군에서 골 재생 과정이 지연되는 현상을 확인이 가능하였다. 결론적으로, 셀렌산염 (sodium selenite)은 독성 없이 난소 적출을 한 흰쥐의 경골(tibia)의 골 재생과정에서 방사선 보호작용을 할 가능성을 제시하였다.
Selenium (Se) is an essential trace element for humans and animals, and several findings suggest that dietary Se intake may be necessary for bone health. Accumulating evidence indicates that Se compounds possess anticancer properties. Se is specifically incorporated into proteins in the form of sele...
Selenium (Se) is an essential trace element for humans and animals, and several findings suggest that dietary Se intake may be necessary for bone health. Accumulating evidence indicates that Se compounds possess anticancer properties. Se is specifically incorporated into proteins in the form of selenocysteine and non-specifically incorporated as selenomethionine in place of methionine. This study evaluated protection by Se in the bone repair process in ovariectomized rats after irradiation. For such purpose, 80 ovariectomized female Sprague-Dawley rats were randomly divided into 4 experimental groups: ovariectomized (Ov), Ov/Se, Ov/irradiated (Irr) and Ov/ Se/Irr. A bone defect was created on the tibia of all animals 40 days after ovariectomy. Two days after surgery, only the Ov/Se and Ov/Se/Irr rats received 0.8 mg Se/kg. Three days after surgery, only the Ov/Irr and Ov/Se/Irr rats received 10 Gy of X-rays on the lower limb region. The animals were euthanized at 7, 15, 22 and 29 days after surgery to assess the repair process, which was evaluated by analysis of trabecular bone number (Masson Trichrome) and birefringence analysis (Picrosirius). It was possible to observe a delay in the bone repair process in the ovariectomized/irradiated group and similarity between the ovariectomized, Ov/ Se and Ov/Se/Irr groups. Our findings suggest that sodium selenite may influence a radioprotective effect in the bone repair of tibia of ovariectomized rats without toxicity.
Selenium (Se) is an essential trace element for humans and animals, and several findings suggest that dietary Se intake may be necessary for bone health. Accumulating evidence indicates that Se compounds possess anticancer properties. Se is specifically incorporated into proteins in the form of selenocysteine and non-specifically incorporated as selenomethionine in place of methionine. This study evaluated protection by Se in the bone repair process in ovariectomized rats after irradiation. For such purpose, 80 ovariectomized female Sprague-Dawley rats were randomly divided into 4 experimental groups: ovariectomized (Ov), Ov/Se, Ov/irradiated (Irr) and Ov/ Se/Irr. A bone defect was created on the tibia of all animals 40 days after ovariectomy. Two days after surgery, only the Ov/Se and Ov/Se/Irr rats received 0.8 mg Se/kg. Three days after surgery, only the Ov/Irr and Ov/Se/Irr rats received 10 Gy of X-rays on the lower limb region. The animals were euthanized at 7, 15, 22 and 29 days after surgery to assess the repair process, which was evaluated by analysis of trabecular bone number (Masson Trichrome) and birefringence analysis (Picrosirius). It was possible to observe a delay in the bone repair process in the ovariectomized/irradiated group and similarity between the ovariectomized, Ov/ Se and Ov/Se/Irr groups. Our findings suggest that sodium selenite may influence a radioprotective effect in the bone repair of tibia of ovariectomized rats without toxicity.
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문제 정의
골다공증은 골의 취약성을 초래하기 때문에 이온화 방사선은 방사선 치료를 받은 에스트로겐 결핍 환자의 골 재생과정에 어려움을 유발하기도 한다. 본 연구의 목적은 나트륨 셀렌산염(sodium selenite) 투여가 난소가 적출된 흰쥐의 골 재생 과정에 있어 이온화 방사선 유도 손상을 줄일 수 있는지를 조사한 연구이다.
비록 실험용 흰쥐 모델이 인간의 골 손실에 대한 유용한 정보를 제공한다고 해도 인간을 대체한 실험동물을 이용한 연구에는 몇 가지 제약들이 존재한다. 이런 이유들 때문에 본 연구에서 확인한 결과들은 방사선 조사된 골다공증 뼈의 회복에 있어 셀렌산 나트륨(sodium selenite) 효과를 평가한 중요한 결과를 제시했다. 셀레늄의 연구들은 방사선 치료가 필요한 암 환자들을 대상으로 수행되어져 왔다.
제안 방법
실험동물은 무작위로 (a) Ovariectomized(Ov군), (b) 방사선 조사 과정 전에 양쪽의 난소적출을 한 Ovariectomized/irradiated(Ov/Irr군), (c) 방사선 조사 없이 sodium selenite 0.75 mg/kg 복강 내 투여를 한 ovariectomized/selenium(Ov/Se군), (d) X-rays 방사선 조사 24시간 전에 sodium selenite 0.75 mg/kg 복강 내 투여를 한 ovariectomized/selenium/irradiated(Ov/Se/Irr)의 4가지 처리군으로 구분하였다. 난소 적출술의 성공 확인은 자궁각의 현저한 위축을 관찰로 구분하였다.
Ketamine/xylazine 마취(80/10 mg/kg)후 요추 1번과 3번의 배 부위(Dorsal region)를 삭모한 후, 정 중앙을 피부 절개하였다. 난소적출을 위하여 피부절개 후, 요추에서 좌우 1 cm 떨어진 부위를 절개하여 난소를 노출시켜 적출하였다.
난소적출을 위하여 피부절개 후, 요추에서 좌우 1 cm 떨어진 부위를 절개하여 난소를 노출시켜 적출하였다. Sham 실험군은 난소를 노출시킨 후, 다시 복원시켜 근육 및 피부봉합을 실시하였다.
골 결손 과정(Se 투여 후, 24시간)후, 3일째 흰쥐를 마취시키고, Ov/Irr 군과 Ov/Se/Irr 군은 limb region에서 10 Gy의 X-방사능(Varian, Clinic 6/100, 100 cm source-target distance, 15×30 cm field)에 한번 급성노출을 실시했다.
5 mm 결손을 유도하기 위해 식염수 관류 하에서 느린 속도로 size 8 carbide bur(KG Sorensen, São Paulo, SP, Brazil)를 이용해 모든 흰쥐의 경골(피질골)에 구멍을 뚫었다. 골 결손 절차(방사선 조사 24시간) 후, 2일째, Ov/Se과 Ov/Se/Irr 군의 흰쥐는 복강주사(0.75 mg/kg sodium selenite/distilled water)를 실시했다. 나머지 처리군들은 증류수 만을 복강주사하였다.
골 시료는 5% EDTA(Titriplex III, ACS, ISO; Merck, Darmstadt, Germany)에 탈수시키고, 파라핀으로 끼우며, 5∼6 μm 두께로 세로로 절편을 만들고, Masson’s Trichrome과 Picrosirius로 염색을 각각 실시했다.
골 시료는 5% EDTA(Titriplex III, ACS, ISO; Merck, Darmstadt, Germany)에 탈수시키고, 파라핀으로 끼우며, 5∼6 μm 두께로 세로로 절편을 만들고, Masson’s Trichrome과 Picrosirius로 염색을 각각 실시했다. 골 표면의 면적밀도를 측정하기 위해서 골 결손의 중간 그리고 옆 부분의 각각 다른 세 군데 영역을 측정하였다. 시료는 Masson Trichrome 염색한 후, 광학현미경(×40)으로 관찰하였다.
난소 적출 후 40일째 흰쥐의 체중을 측정하고, ketamine chlorhydrate(0.1 mg/kg)를 근육 주사하여 마취해 골 조직 재생을 평가하기 위해서 경골에서 골 결손을 유도하였다. 골 표면의 3×1.
75 mg/kg 복강 내 투여를 한 ovariectomized/selenium/irradiated(Ov/Se/Irr)의 4가지 처리군으로 구분하였다. 난소 적출술의 성공 확인은 자궁각의 현저한 위축을 관찰로 구분하였다. 본 연구에 사용된 실험동물은 일본 도쿄대학교 농업생명과학연구과 수의과학대학 동물실험 윤리위원회의 A-10-1214 승인 하에 진행하였다.
Ketamine/xylazine 마취(80/10 mg/kg)후 요추 1번과 3번의 배 부위(Dorsal region)를 삭모한 후, 정 중앙을 피부 절개하였다. 난소적출을 위하여 피부절개 후, 요추에서 좌우 1 cm 떨어진 부위를 절개하여 난소를 노출시켜 적출하였다. Sham 실험군은 난소를 노출시킨 후, 다시 복원시켜 근육 및 피부봉합을 실시하였다.
복 굴절 분석(birefringence analysis)을 위해서 Picrosirius 염색한 시료들은 CX31-P polarized light microscope(×10)(Olympus, Tokyo, Japan)와 microcamera(CCD/RGB Color Sony, Tokyo, Japan)을 이용해 각각 디지털화 분석 작업을 실시했다.
가골(bony callus) 의 넓은 영역과 결과적으로 콜라겐(collagen)의 더 많은 양이 확인된 15일째 가장 높은 값이 관찰되었다. 복 굴절과 골 밀도 간의 직접적인 정비례 관계도 확인했다. 이는 복 굴절의 더 큰 값은 더 많은 콜라겐을 의미하고, 결과적으로 면적밀도로 대표되는 골 지주(bone trabeculae)에 더 큰 값을 나타낸다.
, 2007)은 골다공증 환자는 명백하게 골의 회복 및 재생 능력이 감소한다는 것을 확인하였다. 본 연구에서 난소적출 후, 40일째 골다공증을 유도하기 위해 골 결손을 시행했다(Giardino et al., 1993). 건강한 골에 있어 그 재생과정과 방사선 조사 및 방사선 조사하지 않은 골(Williams and Davies, 2006; Chicarelli et al.
복 굴절 분석(birefringence analysis)을 위해서 Picrosirius 염색한 시료들은 CX31-P polarized light microscope(×10)(Olympus, Tokyo, Japan)와 microcamera(CCD/RGB Color Sony, Tokyo, Japan)을 이용해 각각 디지털화 분석 작업을 실시했다. 분석시스템(KS 400 2.0; Kontron Elektronics, Munich, Germany)으로 골 결손의 중앙 부분을 측정했다.
게다가 방사선 또한 그런 라디칼(radicals)들을 생성한다. 셀레늄 처리군은 본 연구에서 대조군과 Ov 군과 비교해 항산화 메커니즘을 통해 전 시험 기간 동안 더 높은 복 굴절과 골 밀도 값의 특징들을 제시하였다. 이러한 항산화제의 특징들은 22일째를 제외하고, 전 시험기간 동안 대조군과 비슷한 Ov/Se/Irr 군의 결과 값으로 확인이 가능하다.
시료 채취는 골 결손 수술 후, 7, 15, 22 그리고 29일째에 각각 실시를 하였다. 경골(tibias)을 제거한 후, 10% formaldehyde buffer에 72시간 보관했다.
시료는 Masson Trichrome 염색한 후, 광학현미경(×40)으로 관찰하였다.
암컷흰쥐(Sprague-Dawley, 9주령, 212∼282 g) 20마리를 구입하여 일주일간 적응 및 사육시켰으며, 온도 23±1℃, 습도 55%, 12/12 hrs 명·암주기(lighton, 07:00), 사료와 음수를 자유급식시켰다. 일주일간의 적응 및 사육 후, 난소 적출술(Ovariectomy, OVX)을 하였으며, 수술 후 1주일 후부터 Selevit(Sodium selenite, Sigma Chemical Co, USA, 0.5 mg/ml) 투여를 실시하였다. 실험동물은 무작위로 (a) Ovariectomized(Ov군), (b) 방사선 조사 과정 전에 양쪽의 난소적출을 한 Ovariectomized/irradiated(Ov/Irr군), (c) 방사선 조사 없이 sodium selenite 0.
대상 데이터
난소 적출술의 성공 확인은 자궁각의 현저한 위축을 관찰로 구분하였다. 본 연구에 사용된 실험동물은 일본 도쿄대학교 농업생명과학연구과 수의과학대학 동물실험 윤리위원회의 A-10-1214 승인 하에 진행하였다.
본 시험에서 얻어진 모든 자료들의 통계 ANOVA와 처리구간에 유의성은 Tukey’s test를 이용하여 유의적인 P<0.05 수준에서 검정하였다.
이론/모형
최근에 골다공증 환자를 위한 이온성 방사선은 진단 검사 혹은 치료 사용을 목적으로 많이 사용되고 있는 실정이다. 수술처치 후, 3일간 방사선 조사는 골과 외상(trauma)에 반응하는 용량 등에서 심각한 변화를 유발할 가능성 등을 고려해서 본 연구에서 수술처치 후, 3일 간 방사선 조사는 Chicarelli 등(2007)과 Rocha 등(2009)의 방법에 따라 실시했다. 골 재생과정에 중요한 영향을 미치는 감마선 8 G와 같은 높은 방사선량이 사용되었다.
성능/효과
골 재생과정에 중요한 영향을 미치는 감마선 8 G와 같은 높은 방사선량이 사용되었다. 10 G 용량을 사용한 이후, 모든 측정시간에서 방사선 그룹에서 골 재생 과정이 지연되는 것을 확인했다.
15일째, Ov/Irr 군에서 또한 가장 낮은 값을 확인하였고, 나머지 군 간의 비교에서 통계적으로 유의적(P0.05) 간에서는 유의적인 차이는 없었다.
15일째, 골 영역은 가골(bony callus) 형성 때문에 증가되었다. 22일째 골의 전체 영역은 감소되지만 골 밀도는 증가되었다. 29일째 골 밀도는 22일째와 유사하지만, 피질 골(cortical bone) 전체 영역은 두꺼웠다.
22일째, Ov 군이 나머지 군과의 유의적(P<0.05)으로 차이가 나고, 가장 높은 영역밀도를 나타냈다.
22일째, Ov/Se/Irr 군에서 평균 복 굴절 값이 가장 높았고, 나머지 세 군과 비교해서 유의적(P0.05) 인 차이는 없었지만, Ov/Irr 군과 다른 군 간에는 유의적(P0.05)인 차이는 보이지 않았다.
7일째, Ov 군, Ov/Se 군 그리고 Ov/Se/Irr 군은 더 큰 복 굴절 값을 나타내었으며, Ov/Irr 군은 Ov 군과 Ov/Se/Irr 군들 간의 유의적(P<0.05)으로 가장 낮은 값을 나타낸다.
7일째, Ov/Se 처리구가 유의적으로 가장 높은 값(P<0.05)을 나타내고, Ov/Se/Irr 군과 Ov 군 간에는 유의적인 차이는 없었다.
05). Ov/Se 군과 Ov/Se/Irr 군의 값이 Ov 군보다 낮지만, Ov/Irr 군보다는 더 높음을 확인하였다. 골 회복 29일째, Ov 군과 Ov/Se/Irr 군은 다른 두 군과는 유의적으로 높은 값을 나타내지만, 두 처리구 간에는 유사한 값을 나타내었다.
이러한 항산화제의 특징들은 22일째를 제외하고, 전 시험기간 동안 대조군과 비슷한 Ov/Se/Irr 군의 결과 값으로 확인이 가능하다. Ov/Se/Irr 군의 측정값이 Ov 군보다 낮지만, 골 재생에 유리한 골 밀도에 있어 Ov/Irr 군보다 더 높음을 확인했다. 게다가 복 굴절 분석에서 Ov/Se/Irr 군의 값은 대조군보다 더 높음을 확인했다.
복 굴절 값은 또한 골 재생과 연관된다. 가골(bony callus) 의 넓은 영역과 결과적으로 콜라겐(collagen)의 더 많은 양이 확인된 15일째 가장 높은 값이 관찰되었다. 복 굴절과 골 밀도 간의 직접적인 정비례 관계도 확인했다.
골 회복과정 15일 후, 비슷한 양상인 Ov 군, Ov/Se 군 그리고 Ov/Se/Irr 군은 높은 값을 나타내고, Ov/Irr 군은 다른 나머지 세 군과 비교해 유의적(P<0.05)으로 다르고, 가장 낮은 값을 나타냈다.
따라서 방사선 보호작용에도 불구하고, 셀렌산 나트륨이 부작용을 일으킬 가능성을 배제할 수가 없다. 본 연구에서는 시험기간 동안에 독성 검출은 보이지 않았다. Jakob 등(2002)에 의하면 골세포에서 티오레독신 환원효소(reductase thioredoxin) 그리고 다른 셀렌 단백질(selenoproteins)의 발현은 골 흡수(bone resorption) 및 골 재생의 조절에 있어서 중요한 의미를 지닌다고 보고하였다.
Sandukji 등(2011)은 오스테오칼사인(osteocalcin)의 농도와 알칼리 포스파타아제(alkaline phosphatase)의 활성이 척추(long bones) 수술 후, 2주간 vitamins A, E, C 그리고 Se와 같은 항산화제를 투여한 환자들의 혈장에서 급격하게 증가하는 것을 보고했다. 이러한 결과들을 종합해서 생각해 보면 항산화제 주사투여는 골 치유를 촉진한다는 것을 시사한다. 비록 실험용 흰쥐 모델이 인간의 골 손실에 대한 유용한 정보를 제공한다고 해도 인간을 대체한 실험동물을 이용한 연구에는 몇 가지 제약들이 존재한다.
후속연구
방사선조사 후, 골 회복 및 재생 과정에서 셀렌산 나트륨(sodium selenite)의 작용은 Rocha 등(2009)의 연구결과와도 일치한다. 본 연구의 결과를 기초로 방사선 치료 시에 방사선 보호인자의 사용을 통해 환자의 삶의 질 개선에도 기여할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
여성호르몬의 일종인 에스트로겐은 무엇에 있어서 중요한가?
골은 대사 작용을 하는 활성 조직으로 잘 알려져 있으며, 그런 활성은 조직의 온전성(integrity) 보전 및 몸의 항상성(homeostasis)을 유지하는데 반드시 필요하다. 여성호르몬의 일종인 에스트로겐(estrogen)은 골의 재생성 과정에 관여하고, 골 흡수와 골 형성 간의 균형을 조절하는 중요한 인자로 알려져 있다(Iwaniec et al., 2006).
골이란 무엇인가?
골은 대사 작용을 하는 활성 조직으로 잘 알려져 있으며, 그런 활성은 조직의 온전성(integrity) 보전 및 몸의 항상성(homeostasis)을 유지하는데 반드시 필요하다. 여성호르몬의 일종인 에스트로겐(estrogen)은 골의 재생성 과정에 관여하고, 골 흡수와 골 형성 간의 균형을 조절하는 중요한 인자로 알려져 있다(Iwaniec et al.
방사선 보호 작용을 하는 항산화 효소의 구성성분인 셀레늄이 주로 존재하는 음식물은 어떤 것들이 있는가?
셀레늄(Selenium; Se)은 1817년 초기에 Berzelius에 의해 발견되었고, 필수미량원소로 잘 알려져 있다(Schwarz and Foltz, 1999). 셀레늄은 주로 셀레노 메티오닌과 셀레노 시스테인으로 빵, 시리얼, 호두, 고기 및 생선과 같은 음식물에 존재하며, 음식물에서의 셀레늄 양과 형태는 아주 다양하고, 토양의 셀레늄 함양과 구성에 의존한다(Molnár et al., 1995; Rayman et al.
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