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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 양형진
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 고려대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수40
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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의학기술은 빠른 속도로 성장하고 있다. 인간의 평균 수명이 발전하는 동안 질병과 바이러스 감염 그리고 세균 등이 증가 되고 있으며 치료 방법에 대한 연구도 다양하게 발전되고 있다.
치료 방법은 약물치료와 수술적 치료 그리고 물리화학적 치료 등이 있다. 그러나 약물치료는 약물전달 손실과 약물전달 지연 그리고 약물 내성 등 부작용이 있고 기능질환성에 대한 부작용을 가지고 있다. 주사치료 요법은 바늘 삽입 고통과 감염 그리고 위생 문제 등이 있다.
수술적 치료법은 절개 부위의 고통, 부담감, 부작용, 후유증, 회복 속도 저하 등에 대한 문제점을 가지고 있다. 물리화학적 치료법의 레이저와 방사선 그리고 초음파 치료는 기계 및 조직적인 열로 인해 열화상 및 뼈막 통증 등이 발생할 수 있다. 그러므로 이러한 문제점들을 극복하기 위해 의학물리학적 기반의 전자빔 치료 방법에 대해 연구할 필요성이 요구된다.
본 논문은 골다공증과 같은 골 재생 치료를 위한 물리학적 줄기세포 자극 및 골 밀도 생성 가능성에 대해 연구를 한다. 본 연구의 목적은 성체줄기세포 기반의 중간엽 줄기세포에 전기적 미세전류를 자극 한 후, 골모세포(osteoblast) 및 파골세포(osteoclast)에 대한 분화, 골 조직 생성, 골밀도 증가, 그리고 칼슘침착 등의 실험 및 통계학적 분석 결과를 얻도록 한다. 결과를 얻기 위해 전기적 미세전류 자극을 통한 줄기세포의 분화 및 촉진 그리고 세포 증식 등의 반응은 수학적 및 물리학적 기반의 전기적 반응 유도 법칙을 적용하여 원인을 분석하였고 세포들은 고유의 전하량과 전기적 파라미터 등을 가지고 있으며 세포의 변화 반응이 전기적 성질에 의해 결정된다는 것을 확인 할 수 있었다. 그러므로 줄기세포에 전기적 미세전류 자극에 의한 골모세포 및 파골세포 분화 그리고 골 조직 생성 가능성에 대해 실험 및 분석 결과를 얻었다. 줄기세포 분화를 위한 인큐베이팅 조건은 산소(O2) 95 % 이상, 이산화탄소(CO2) 5%, 수분(H2O) 5%, 실내온도 37℃, 세포 배양액 3~6 ml, 24-well plate 등의 환경을 적용하였고 전기적 미세전류 자극시간(duration time) 및 기간은 1일 20분 및 5~7일 이다. 그러므로 실험은 1차 실험과 신뢰성을 위한 2차 재 반복 실험을 통해 최종 결과를 얻었다.
최종 실험 결과에서 자극 전압 및 전류의 0-0.5V 및 0-8.0 μA 범위는 무반응이었고 0.8 V 및 6.8 μA (mean ±std:1.112 ±0.1158 @n=3.0, p>0.005)는 골모세포 및 파골세포 분화의 최적 자극 범위였으며 이때, 골 조직 생성 및 칼슘 침착 그리고 골밀도 증가 등의 긍정적인 반응을 나타냈다.
1.0 V 및 6.0 μA이상부터 원인을 알 수 없는 응집체가 발생하였고 1.5V 및 4.0 μA는 세포 괴사가 발생되었다. 세포 괴사의 원인은 열 손상으로 분석되었고 사멸세포는 정상세포 혹은 암세포 여부에 대해 추후 정확한 분석이 필요할 것으로 판단된다. 만일 사멸세포가 암세포이면 악성종양 및 암 치료가 가능할 것으로 사료된다.
줄기세포의 전기적 미세전류 자극에 의한 세포 촉진과 조직 재생 가능성 연구를 통해 본 연구 주제는 골다공증 및 분쇄골절 그리고 연골 재생 치료에 적용이 가능할 것으로 판단되며 향후 조직공학 및 재생의학에서 외과적 재건 치료 분야에 대해 기여가 클 것으로 기대된다.
치료 방법은 약물치료와 수술적 치료 그리고 물리화학적 치료 등이 있다. 그러나 약물치료는 약물전달 손실과 약물전달 지연 그리고 약물 내성 등 부작용이 있고 기능질환성에 대한 부작용을 가지고 있다. 주사치료 요법은 바늘 삽입 고통과 감염 그리고 위생 문제 등이 있다.
수술적 치료법은 절개 부위의 고통, 부담감, 부작용, 후유증, 회복 속도 저하 등에 대한 문제점을 가지고 있다. 물리화학적 치료법의 레이저와 방사선 그리고 초음파 치료는 기계 및 조직적인 열로 인해 열화상 및 뼈막 통증 등이 발생할 수 있다. 그러므로 이러한 문제점들을 극복하기 위해 의학물리학적 기반의 전자빔 치료 방법에 대해 연구할 필요성이 요구된다.
본 논문은 골다공증과 같은 골 재생 치료를 위한 물리학적 줄기세포 자극 및 골 밀도 생성 가능성에 대해 연구를 한다. 본 연구의 목적은 성체줄기세포 기반의 중간엽 줄기세포에 전기적 미세전류를 자극 한 후, 골모세포(osteoblast) 및 파골세포(osteoclast)에 대한 분화, 골 조직 생성, 골밀도 증가, 그리고 칼슘침착 등의 실험 및 통계학적 분석 결과를 얻도록 한다. 결과를 얻기 위해 전기적 미세전류 자극을 통한 줄기세포의 분화 및 촉진 그리고 세포 증식 등의 반응은 수학적 및 물리학적 기반의 전기적 반응 유도 법칙을 적용하여 원인을 분석하였고 세포들은 고유의 전하량과 전기적 파라미터 등을 가지고 있으며 세포의 변화 반응이 전기적 성질에 의해 결정된다는 것을 확인 할 수 있었다. 그러므로 줄기세포에 전기적 미세전류 자극에 의한 골모세포 및 파골세포 분화 그리고 골 조직 생성 가능성에 대해 실험 및 분석 결과를 얻었다. 줄기세포 분화를 위한 인큐베이팅 조건은 산소(O2) 95 % 이상, 이산화탄소(CO2) 5%, 수분(H2O) 5%, 실내온도 37℃, 세포 배양액 3~6 ml, 24-well plate 등의 환경을 적용하였고 전기적 미세전류 자극시간(duration time) 및 기간은 1일 20분 및 5~7일 이다. 그러므로 실험은 1차 실험과 신뢰성을 위한 2차 재 반복 실험을 통해 최종 결과를 얻었다.
최종 실험 결과에서 자극 전압 및 전류의 0-0.5V 및 0-8.0 μA 범위는 무반응이었고 0.8 V 및 6.8 μA (mean ±std:1.112 ±0.1158 @n=3.0, p>0.005)는 골모세포 및 파골세포 분화의 최적 자극 범위였으며 이때, 골 조직 생성 및 칼슘 침착 그리고 골밀도 증가 등의 긍정적인 반응을 나타냈다.
1.0 V 및 6.0 μA이상부터 원인을 알 수 없는 응집체가 발생하였고 1.5V 및 4.0 μA는 세포 괴사가 발생되었다. 세포 괴사의 원인은 열 손상으로 분석되었고 사멸세포는 정상세포 혹은 암세포 여부에 대해 추후 정확한 분석이 필요할 것으로 판단된다. 만일 사멸세포가 암세포이면 악성종양 및 암 치료가 가능할 것으로 사료된다.
줄기세포의 전기적 미세전류 자극에 의한 세포 촉진과 조직 재생 가능성 연구를 통해 본 연구 주제는 골다공증 및 분쇄골절 그리고 연골 재생 치료에 적용이 가능할 것으로 판단되며 향후 조직공학 및 재생의학에서 외과적 재건 치료 분야에 대해 기여가 클 것으로 기대된다.
목차
I. 서론 11.1. 연구의 배경 11.2. 연구의 동기 31.3. 연구 목적 3Ⅱ. 줄기세포 자극 및 골재생 치료 요법 분석 42.1. 줄기세포 이론 42.1.1. 줄기세포 분류 42.1.1.1. 줄기세포 정의 42.1.1.2. 배아줄기세포 52.1.1.3. 성체줄기세포 62.1.1.4. 유도만능줄기세포 72.1.2. 중간엽 줄기세포 분화 과정 분석 82.2. 골재생 치료의 세포 촉진 요법 92.2.1. 약물치료 92.2.2. 주사요법 약물 치료 102.2.3. 수술요법 치료 112.2.4. 온열치료 132.2.5. 초음파치료 14Ⅲ. 골재생 치료 촉진을 위한 중간엽 줄기세포의 전기적 미세전류 자극및 분화 연구 243.1. 특성분석 243.1.1. 세포 전기적 미세전류 자극 243.1.2. 세포 전기적 이온화 현상 293.2. 전기적 미세전류 자극의 세포 분화 및 촉진 과정 30Ⅳ. 실험결과 및 고찰 364.1. 실험과정 및 구성 364.2. 본 실험 및 결과 394.3. 신뢰성 실험 및 결과 434.4. 실험결과 원인 분석 454.5. 고찰 46Ⅴ. 결론 50
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