중간엽 줄기 세포 이식 백서의 심근 경색 모델에서 심기능 개선 효과

Abstract

급성심근경색은 치명적인 질환으로 매년 수백만명 이상에서 발생하고 생존자들은 심근세포수가 감소하여 결국 심장의 수축기능이 떨어지게 된다. 심근세포는 스스로의 분화 능력이 없어 심근세포의 수가 감소하게 되면 결국 심부전으로 진행하게 된다. 최근 심근경색후에 중간엽줄기세포를 이용한 심근재생요법이 개발되었다. 중간엽 줄기세포는 성인 조직에서 분리하여 증식, 배양할수 있으며 다분화의 속성을 가지고 심근세포로 분화할수 있어 심근경색후 치료의 목적으로 이용될수 있다. 본 연구는 먼저 생체 밖에서 중간엽 줄기세포의 특성을 파악하고 백서 심근경색 모델에 중간엽 줄기세포를 주입한후 주입한 중간엽 줄기세포가 과연 어떻게 분화하는지이 여부와 심장기능의 개선 여부를 알아보기 위한 연구이다. 중간엽 줄기 세포는 Fisher-344(F344)쥐의 대퇴골에서 분리후 배양하고 FACS 분석을 통해 다양한 표지 인자를 알아보고 RT-PCR을 통해 cardiac marker를 살펴 중간엽 줄기세포의 특성을 알아보았으며 12주령의 F344쥐를 세 군으로 나눈 후 첫 번째 군은 심근경색을 시행하지 않고 두 번째 군은 심근경색 시행후 media를 주입하며 세 번째 군은 심근경색 시행후 중간엽 줄기 세포를 이식한후 각각 4주, 8주째 심장초음파를 시행하고 이후에 적출된 심장 조직으로 심근 세포의 marker인 connexin-43, cardiac troponin I에 대해 면역 염색을 시행하였다. FACS 분석에서 골수에서 얻어진 중간엽 줄기세포는 다분화성 줄기세포가 가지는 표지인자를 나타내었으며 기본 심장초음파상 각군 간의 차이는 없었으나 심근경색 8주후에는 중간엽 줄기세포 주입군에서 심장 전벽의 두께가 잘 유지되고 심장의 수축기능이 보존됨을 알수 있었으며 면역염색에서 Connexin-43과 cardiac Troponin Ⅰ가 발현되었다. 이로서 중간엽 줄기세포의 이식은 심근경색 부위의 remodelling을 억제하여 심기능을 향상 시키고 심근 세포로 분화하였음을 알수 있겠다. 따라서 심근경색 후의 중간엽 줄기세포 이식은 심근 재생 치료의 훌륭한 모델이 될것으로 기대된다.|Acute myocardial infarction (MI) afflicts millions of people each year inducing significant mortality and, in many of survivors, marked reductions in myocyte number and in cardiac pump function. Adult cardiac myocytes divide only rarely, and the usual response to myocyte cell loss is hypertrophy that often progresses to congestive heart failure, a disease with a high annual mortality. Great excitement has been generated by recent reports of the delivery of mesenchymal stem cells (MSCs) to the hearts of post-MI resulting in improved mechanical performance. MSCs represent a stem cell population present in adult tissues that can be isolated, expanded in culture, and characterized in vitro and in vivo. MSCs have pleuripotency to differntiate into various cells including cardiomyocytes and have been studied for regeneration cellular therapy after myocardial infarction. This study evaluated the characteristics of MSCs in vitro and introduced MSCs into the infarcted heart of rats to evaluate whether MSCs prevent deleterious remodeling and improve recovery although further understanding of MSC differentiation in the cardiac scar tissue is still needed. Differentiation of MSCs in vivo condition including expression of Connexin-43 and cardiac Troponin I also evaluated. MSCs were obtained from femur of F344 rats. FACS analysis for varous surface markers and RT-PCR for cardiac marker were performed to clarify the charactersistics of MSCs. A myocardial infarction (MI) was created by ligation of the left coronary artery in 12-weeks-old F344 rats and either media or MSCs were injected in the border zone of MI. Study groups were divided into 3 groups. 1) Sham operation, 2) Media injection, and 3) MSCs injection. Echocardiography was performed before MI, and at 1,4, and 8 weeks after MI. Morphologic analysis using histology was performed to calculate infarction circumference ratio and infarction area ratio. Immunostaining was performed for connexin-43, cardiac troponin I at 8 weeks after cellular transplantation. In FACS analysis, MSCs from bone marrow expressed the surface marker of pleuripotent stem cells. Baseline echocardiography showed no differences among the groups. Echocardiography at 8 weeks after MI showed better preservation of anterior wall thickness, systolic functions in the MSCs transplanted groups compared to the media injection group. In immunohistochemistry, DiI-labeled MSCs expressed Connexin-43 and cardiac Troponin Ⅰ. MSCs from bone marrow can express Connexin-43 and cardiac Troponin I that are cardiac markers of gap junction in vivo. Local transplantation of MSCs in a rat MI model attenuated LV dysfunction, reduced ventricular remodeling. MSCs isolated from adult bone marrow provide an excellent model for cardiac repair after myocardial infarction.