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백서의 신연 골 형성에서 G-CSF를 이용한 혈관형성 및 골 형성의 촉진 효과

Enhancement of Vasculogenesis and Osteogenesis Using Granulocyte-Colony Stimulating Factor in the Rat Model of Tibial Distraction Osteogenesis

대한정형외과학회지 2011년 46권 5호 p.357 ~ 363
신성진 ( Shin Sung-Jin ) - 제주대학교 의학전문대학원 정형외과학교실

이동연 ( Lee Dong-Yeon ) - 서울대학교 의과대학 정형외과학교실
이혜란 ( Lee Hye-Ran ) - 서울대학교 의과대학 정형외과학교실
김중일 ( Kim Jung-Il ) - 서울대학교 의과대학 정형외과학교실
유원준 ( Yoo Won-Jun ) - 서울대학교 의과대학 정형외과학교실
조태준 ( Cho Tae-Joon ) - 서울대학교 의과대학 정형외과학교실
최인호 ( Choi In-Ho ) - 서울대학교 의과대학 정형외과학교실

Abstract

목적:신연 골 형성술 시 골형성이 성공적으로 일어나기 위해서는 적절한 신연속도의 유지가 중요하다. 본 연구에서는 백서 신연 골 형성술 모델에서 granulocyte colony stimulating factor (G-CSF)의 피하 투여 후 헐류 증기 및 골형성에 미치는 영향을 평가하여 신연속도를 증가시키면서도 골형성을 유지할 수 있는 방법을 찾고자 하였다.

대상 및 방법: 42미리의 백서를 대상으로 우측 경골에 신연 가능한 외고정 장치를 장착한 뒤 절골술을 시행하였으며, 1.5 mm/day의 속도로 10일간 신연한 군(1군). G-CSF를 투여하고 1.5 mm/day의 속도로 신연한 군(2군). 그리고 0.75 mm/day의 속도로 10일간 신연한 군(3군)으로 나누어 매주 방사선 감시를 시행하여 골 형성 촉진 효과를 비교하였으며, laser doppler perfusion image (LDPI)를 이용하여 신연부위의 혈류량을 비교하였다. 특히, G-CSF를 투여한 군에서는 투여전과 2주, 5주 각각 혈액을 채취하여 FACS 분석을 시행하여 혈관 내피전구세포 동원 유도 효과를 알아보았다.

결과:단순 방사선 사진상 신연이 끝난 후 경화기 동안에 l군에 비하여 2군과 3군에서 신연 부위의 골 형성이 증가하였으나 그 차이는 통계적으로 유의하지 않았다. LDPI를 이용한 혈류량 측정 결과에서 골 신연 부위와 정상과의 혈류량 비는 1군에 비하여 2군과 3군에서 통계적으로 유의하게 높았고(p<;0.05), 2군과3군간의 차이는 없었다. FACS 분석에서 G-CSF를 투여한 군에서 혈관 내피전구세포의 표면 항체인 Scal-1+, C-kit+의 분포의 증가소견을 관찰할 수 있었다.

결론:백서의 경골 신연 골 형성술에서 G-CSF를 투여할 경우 적절한 신연속도보다 빠른 속도로 신연을 시행하여도 혈류 증가 및 신생골 형성이 유지됨을 확인하였다. 이는 G-CSF 투여에 의한 현관 내피전구 세포 동원의 유도 효과에 의한 혈관형성 촉진으로 생각된다.

Purpose:Proper speed of distraction is critical for successful new bone formation in distraction osteogenesis. The purpose of this study was to evaluate the effect of granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) on formation of new blood vessels and new bones in the rat model of tibial distraction osteogenesis (DO) to develop enhancement method of bone formation while increasing the distraction speed

Materials and Methods : Forty two rat-tibial 00 models were included in this study, and were divided into 3 groups; group Ⅰ (rapid distraction). group Ⅱ (rapid distraction with G-CSF). and group Ⅲ (slow distraction). The amount of bone formation and relative blood flow were analyzed by sequential radiographs and laser Ooppler perfusion imaging (LDPI). Blood sampling was done before G-CSF injection, at 2 weeks and 5 weeks after G-CSF injection and surface expression such as Scal -1+and C-kit+of endothelial progenitor cells(EPCs) was analyzed by fluorescence-activated cell sorter (FACS) for the effects of G-CSF in inducing mobilization of EPCs

Results:The amount of new bone formation in the distraction gap on serial radiographs was higher during the consolidation period in groups Ⅱ and Ⅲ than in group Ⅰ but, the difference was not significant (p>;O.05). The relative blood flow in the distraction gap in groups Ⅱ and Ⅲ increased more significantly than in group Ⅰ (p<;0.05). FACS analysis showed an increased EPCs fraction after G-CSF injection

Conclusion:We demonstrated that G-CSF administration ameliorated bone formation and blood flow during rapid distraction in the rat model of tibial distraction osteogenesis. We think that G-CSF has an effect on mobilization of EPCs resulting in an increase in the blood flow.

키워드

혈관 내피전구세포;신연 골 형성술
Granulocyte-colony stimulating factor; endothelial progenitor cell; granulocyte-colony stimulating factor; distraction osteogenesis
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