Mesenchymal stem cell based intradiscal gene therapy : Therapeutic implication in degenerative disc disease : 퇴행성 추간판 질환에서 치료적 의미

의학과/석사[한글] 연구 구도: 치료 유전자를 가진 제 5형 아데노바이러스, 인간 중간엽 줄기세포, 추간판세포를 이용하여 시험관내 연구를 진행하였다. 연구 목적 : 본 연구에서는 인간의 중간엽 줄기세포에 TGF-β1-유전자를 전달하고 이를 통한 추간판세포의 기질 재생능을 확인하고자 하였다. 대상 및 방법 : 척추 질환으로 수술한 환자에게서 골수와 추간판을 채취하여 인간 중간엽 줄기세포와 추간판 세포를 각각 분리 배양하였다. 치료 유전자로 TGF-β1를 이용하여, 제 5형 아데노바이러스에 전달하였다. 미리 배양된 인간 중간엽 줄기 세포에 TGF-β1 유전자가 들어 있는 제 5형 아데노바이러스(Ad TGF-β1)를 전이시킨 후, 추간판세포와 TGF-β1 유전자가 전이된 중간엽 줄기 세포를 섞어서 alginate를 이용한 3차원 배양을 실시하였다. [methyl-3H] Thymidine을 이용해 세포 증식능을 확인하고, [35S]Sulfur를 이용해 당단백 생성능을 확인하였다. 또한 전사 수준에서의 추간판세포 관련 유전자의 변화를 확인하고자 RT-PCR을 통한 densitometry로 분석하였다. 결과 : 인간 중간엽 줄기세포와 추간판세포의 혼합배양시, 신생 당단백의 생성은 추간판세포만을 단독 배양하였을 때와 거의 같은 수준을 유지하였다. Ad TGF-β1이 전이된 중간엽 줄기세포와 추간판세포를 혼합 배양한 경우, 중간엽 줄기세포의 비율이 증가함에 따라 신생 당단백의 합성이 현저히 감소하였다. 전사수준에서 Aggrecan과 collagen type II의 합성에있어서도 같은 결과를 얻었다. 그러나 collagen type I의 경우에는 중간엽 줄기세포의 비율이 증가함에 따라 발현양이 점진적으로 증가하였다. 결론 : 인간 중간엽 줄기세포의 추간판세포에 대한 세포 치료능은 세포 수율 증가 면에서의 가능성은 제시했다 하겠지만, 중간엽 줄기세포를 통한 유전자 치료의 면에서는 연골 세포 표현형을 유지하지 못했다. [영문]Study Design : In-vitro experiment using human mesenchymal stem cell (MSC), intervertebral disc (IVD) cell and type 5 adenovirus transforming growth factor-β1 construct (Ad/TGF-β1). Objectives : To determine the effect of MSC-based gene therapy for matrix regeneration of IVD cells. Summary of literature review : MSCs are known to be multipotent in tissue regeneration. In degeneration of IVD, cellular replacement with genetic modification other than IVD cell may prove a enhanced mechanism of regeneration of IVD. Materials and Methods : MSCs and IVD cells were cultured. Adenovirus construct containing TGF-β1 cDNA (Ad/TGF-β1) was also produced. In first step, MSCs were transduced with Ad/TGF-β1. Then MSCs with Ad/TGF-β1 and IVD cells mixed with certain proportion and cultured three dimensionally. [methyl-3H]Thymidine incorporation for DNA synthesis and [35S]Sulfur incorporation for proteoglycan synthesis were measured. RT-PCR for aggrecan, collagen type I, and collagen type II mRNA expression was performed Results : Mixed cultures with MSCs and IVD cells showed relatively same amount of newly synthesized proteoglycan comparing with cultures of IVD cell only. In mixed cultures transduced with Ad/TGF-β1, there was significant decrease in newly synthesized proteoglycan with regard to increase of the portion of MSCs. Aggrecan and collagen type II mRNA expression showed same finding. But collagen type I mRNA expression increased with an increase of the portion of MSCs with Ad TGF-β1. Conclusion : The cell therapy with MSCs to IVD cells provided a mechanism of cellular augmentation. However, MSC-based gene therapy to IVD cell did not maintain chondrogenic phenotype.ope