배경: 줄기세포는 허혈조직에서 부분적으로 측분비 효과를 통하여 혈관재형성을 촉진시키는 것으로 생각된다. 분자영상을 이용하여 하지허혈 치료에 다분화능 성체 전구세포(multipotent
adult progenitor cells)가 혈관형성촉진 단핵구를 모집하여 혈류회복을 촉진시킨다는 가설하에 실험하였다.
방법 및 결과: 뒷다리 허혈은 마우스에
장골동맥을 결찰하여 만들었고 다분화능 성체 전구세포는 첫날에 근육주사 하였다. luciferase-transfected
된 다분화능 성체 전구세포의 광학 영상에서 세포는 일주일간 생존하였다. 3, 7, 21일에
시행한 조영 증강 초음파에서 대조군에 비하여 다분화능 성체 전구세포 치료군에서 더 완전한 혈류 회복과 더 많은 미세혈관 혈액량의 확장을 보였다. 형광 미세혈관조영술에서는 다분화능 성체 전구세포 치료군에서 미세혈관 단위 혈류에 더 완전한 분포를 보였다 (그림1).
그림1. 미세혈관 관류 영상과 형광 미세혈관조영술
A, 장골동맥 결찰후 뒷다리 내전근에 미세혈관 혈류 및 혈액량(B)
C, 다분화능 성체 전구세포 주사후 분포를 근위부에서 원위부로 3차원 초음파 영상 재구성
D, 동맥결찰후 7일에 유사한 광학 설정으로 시행한 대조군과 다분화능
성체 전구세포치료군의 형광 미세혈관조영술
동맥결찰후 3일 7일에 시행한 초음파 분자 영상에서 대조군 보다 다분화능 성체
전구세포 치료
군에서 내피세포 P셀렉틴 발현과 혈관내 CX3CR-1양성 단핵구의 모집이 의미있게 높았다(그림2).
그림2. P셀렉틴과 CX3CR-1에 대한 분자 영상
A, 대조군과 PBS(phosphate buffered saline)와
다분화능 성체 전구세포를 주사한 하지에서 P-셀렉틴 표적 미세기포을 이용한 조영 증강 초음파 분자영상의
신호 강도
B, 마우스의 근위 내전근에서7일에 횡단면으로 시행한 P 셀렉틴 표적영상
C, CX3CR-1 표적 미세기포를 이용한 조영 증강 초음파 분자영상 신호강도
D, 현미경상 CX3CR-1 표적 미세기포가 마우스의 단핵구에 부착하고(윗그림) 녹색형광을 띠는 미세기포에는 Ly-6C hi단핵구가 붙지 않음 (아래그림).
근육 면역조직학 검사상 모든 시점의 하지허혈에서 대조군 보다 다분화능
성체 전구세포 치료 군에서 10배이상 많은 단핵구 침윤을 보였다. 허혈이나
종양괴사인자-알파로 처리한 고환거근 (cremaster muscle)의
Intravital microscopy상
다분화능 성체 전구세포가 미세혈관주위로 이동하고 셀렉틴 의존 백혈구 rolling을 강력하게 하였다. 인간 CD14단핵구의 이동이 기존배지 보다 다분화능 성체 전구세포 처리한 배지에서
10배이상 증가하였다
.
결론; 하지 허혈에서 다분화능 성체
전구세포가 내피세포 활성화와 주화성 촉진을 통하여 혈관형성촉진 단핵구의 모집을 활발하게 한다. 이러한
반응은 다분화능 성체 전구세포의 수명이상 지속되며, 측분비 효과가 좀 더 재생 표현형으로 면역반응을
재조정시켜 혈류회복을 촉진한다는 것을 암시한다.
논평: 약물치료나 수술로 치료할 수
없는 말초혈관질환 환자들에게 줄기세포치료는 희망적인 치료법이 될 수 있다. 현재까지 줄기세포치료가 혈관재생을
촉진시키는 기전은 정확히 밝혀 지지 않았으나 본 연구에서 초음파 분자영상을 이용하여 측분비 효과에 의한 기전을 밝혔다는 사실에 의의가 있다. 나아가
다분화능 성체 전구세포가 혈관형성촉진 단핵구만 선택적으로 모아 혈류회복 촉진에 기여한다는 새로운 사실을 증명하였다. 또한 이전의 연구들은 줄기세포치료후 혈류증가를 레이저 도플러나 조직학적인 검사로 평가 하였으나 사실은 혈류량을
정량화 할 수 없는 큰 단점이 있었다. 이 논문에서 줄기세포 치료후 혈류증가를 미세기포 초음파 분자영상으로
정량화하였다는 또 다른 의미가 있다. 미세기포를 이용한 초음파 분자 영상은 앞으로 어떤 질병의 병리
생태학적 기전을 밝히는 기초연구에도 중요한 역할을 할 것으로 생각된다.
Molecular Imaging of the Paracrine
Proangiogenic Effects of Progenitor Cell Therapy in Limb Ischemia
Jae Choon Ryu, MD;
Brian P. Davidson, MD; Aris Xie, MS; Yue Qi, MD; Daogang Zha, MD;J. Todd
Belcik, BS, RDCS; Evan S. Caplan; Juliana M. Woda, PhD; Catherine C. Hedrick,
PhD; Richard N. Hanna, PhD; Nicholas Lehman, BS; Yan Zhao, MD; Anthony Ting,
PhD; Jonathan R. Lindner, MD
Circulation.
2013;127:710-719 |
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