외인성으로 전달된 iPSC는 뼈 손상 후 내인성 MPC의 자연적인 복구 반응을 방해합니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9378(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

골절 불유합을 포함한 뼈 치유 촉진은 현재 임상 치료 방법의 제한된 성공으로 인해 뼈 조직 공학의 유망한 목표입니다. 유망한 재생 능력으로 인해 뼈 골절을 치료하기 위해 생체 재료 지지체를 포함하거나 포함하지 않은 줄기 세포의 사용에 대한 중요한 연구가 있었습니다. 그러나 외인성 줄기세포와 내인성 줄기세포의 상대적인 역할과 생체 내 골절 복구에 대한 전반적인 기여는 잘 알려져 있지 않습니다. 본 연구의 목적은 뼈 치유 과정에서 외인성 줄기세포와 내인성 줄기세포 사이의 상호작용을 확인하는 것이었습니다. 이 연구는 정상적인 항상성 및 골다공증 조건 하에서 중간엽 전구 세포(MPC) 계통 추적 마우스에서 표준화된 버 홀 뼈 손상 모델을 사용하여 수행되었습니다. 버 홀 부상은 표지된 유도 만능 줄기 세포(iPSC)가 있거나 없는 콜라겐-I 생체 재료로 치료되었습니다. 계통 추적을 사용하여 뼈 치유 과정에서 외인성 및 내인성 줄기 세포의 역할을 조사했습니다. iPSC를 사용한 치료는 손상 후 손상되지 않은 마우스의 치료되지 않은 대조군에 비해 음소거 치유를 초래하는 것으로 관찰되었습니다. 세포 집단을 조직학적으로 조사한 결과, iPSC 처리된 버홀 결함은 손상 부위 전체에 걸쳐 내인성 MPC 및 세포 증식의 극적인 감소를 나타냈습니다. 그러나 난소를 제거하고 생쥐에서 골다공증과 유사한 표현형을 유도한 경우, iPSC 치료는 치료받지 않은 대조군에 비해 뼈 형성이 증가하는 결과를 가져왔습니다. iPSC가 없는 경우 내인성 MPC는 복구를 수행할 수 있는 강력한 증식 및 골형성 능력을 나타냈으며, 대신 조골세포 운명을 취하지만 증식이 거의 없는 iPSC가 있는 경우 이러한 동작이 중단되었습니다. 이 연구는 외인적으로 전달된 세포 집단이 정상적인 치유 단계 동안 내인성 줄기/전구 집단의 정상적인 기능에 영향을 미칠 수 있음을 분명히 보여줍니다. 이러한 상호작용은 골절 치료를 위한 세포 및 생체재료 치료법을 알리기 위해 더 잘 이해되어야 합니다.

수명 전반에 걸쳐 뼈는 하중, 대사 변화 및 손상(예: 골절)에 반응하여 지속적으로 재형성됩니다. 인간의 경우 장골 골절은 일반적으로 3~4개월 이내에 치유됩니다1. 중간엽 줄기/전구 세포(MPC)와 같은 골격 줄기/전구 세포는 치유 단계에 관여하는 많은 세포 유형(예: 연골 세포, 조골 세포 및 골 세포)으로 분화할 수 있는 능력을 갖고 있기 때문에 뼈 치유에 중요한 역할을 합니다. 뿐만 아니라 복구 과정에서 염증성 틈새(면역 조절)에 영향을 미칩니다2.

부상 후 재생을 위한 뼈의 본질적인 능력에도 불구하고, 뼈가 스스로 치유될 수 없는 경우가 몇 가지 있으며 이러한 부상은 불안정한 골절 역학이나 골다공증과 같은 질병과 같은 다양한 요인으로 인해 지속될 수 있습니다3. 이러한 경우에는 골절 불유합이라고 불리는 수리 불가능한 결함이 발생할 수 있습니다. 골절 불유합은 일반적으로 6~8개월 내에 치유가 부족하고 치유의 진행 징후가 없는 것이 특징이며4 미국에서만 100,000건의 골절이 불유합으로 진행되는 것으로 추산됩니다5. 따라서 골절 불유합의 치유를 촉진하는 것은 결함이 재생되지 않고 상대적으로 높은 임상 발생률로 인해 뼈 조직 공학의 유망한 목표입니다.

유망한 재생 능력으로 인해 골절 치료를 위해 생체재료 지지체 유무에 관계없이 외인성 줄기 세포(성체 및 다능성)를 사용하는 것에 대한 중요한 연구가 있었습니다6,7,8,9. 그러나 골절 치료에서 줄기세포 치료의 가능성에도 불구하고 골절 치료 과정에서 외인성 줄기/전구 세포와 내인성 줄기/전구 세포의 상호 작용을 조사하는 연구가 여전히 부족합니다. 또한 내인성 MPC가 골절 치유에 어떤 메커니즘을 기여하는지 아직 명확하지 않습니다. 새로운 조직 형성을 분화하고 기여한다는 증거가 있으며10 성장 인자/사이토카인을 방출하여 치유를 촉진함으로써 간접적으로 기여할 수도 있습니다6,10,11. 뼈가 치유되는 세포 메커니즘을 더 잘 이해하려면 생체 내에서 치유되는 동안 외인성 및 내인성 줄기/전구 세포 집단이 서로 어떻게 상호 작용하는지 확인하는 것이 필요합니다. 따라서 이 연구의 목적은 골절 복구 중 외인성(유도 만능 줄기 세포, iPSC) 세포와 내인성(MPC) 세포 간의 상호 작용을 조사하여 골절 비결합의 치유를 개선한다는 목표로 이러한 메커니즘에 대한 통찰력을 얻는 것이었습니다.