간질환에서 Poly-Lactic-co-Glycolic Acid (PLGA) 생체재료를 이용한 중간엽 줄기세포 거대 캡슐화 기술의 효능 연구

Abstract

배경: 현재까지 간부전 모델에서 중간엽 줄기세포를 이용한 많은 연구들이 진행되었지만, 간질환에서 PLGA (Poly lactic-co-glycolic acid) 생체재료를 사용한 거대캡슐화 기술의 효능에 초점을 맞춘 연구가 필요한 실정이다. 본 연구의 목적은 다양한 간질환 모델에서 PLGA로 거대캡슐화 된 중간엽 줄기세포의 효능을 확인하기 위함이다.

방법: PLGA 생체재료를 줄기세포 거대캡슐화를 위한 재료로 사용하였다. 급성 간부전 유도를 위해 C57BL/6 마우스에 TAA (thioacetamide) 100mg/kg를 이틀에 한번씩, 총 3회 복강주사 하였고 급성 간부전 그룹, 급성 간부전+줄기세포 꼬리정맥 주사 그룹, 급성 간부전+거대 캡슐화된 줄기세포 이식 그룹, 총 3그룹으로 나누어 실험을 진행하였고 5일 후에 동물을 희생시켰다. 또한 만성 간부전 유도를 위해 TAA를 일주일에 3번씩 용량을 증가시키면서 15주 동안 복강 주사 하였다.

결과: 급성 간부전 모델에서 대조군과 비교했을 때 꼬리정맥 주사 및 거대 캡슐화 줄기세포 그룹 모두 간 조직 결과에서 염증 점수 및 세포 괴사 점수를 감소시킨다. 또한 만성 간질환 모델에서 대조군에 비해 거대 캡슐화 줄기세포 그룹에서 간 섬유화가 감소되었다. 캡슐화 된 줄기세포의 일부가 PAS와 CYP2E1 면역 조직 화학 염색에서 양성을 보였다. 타 장기에 대한 줄기세포의 이동은 꼬리정맥 주입 군에서는 폐에서 주입된 줄기세포가 일부 검출되었지만, 거대 캡슐화 그룹에서는 발견되지 않았다. 또한 캡슐화 된 줄기세포는 단층 배양 조건보다 더 많은 IL-10, angiopoietin-2, 혈관 내피 성장인자, 혈소판 유래 성장인자, 태반 성장인자를 분비하였다. 또한 캡슐화 된 세포는 28일까지 캡슐 내에서 생존하였다.

결론: 간질환 모델에서 거대 캡슐화 된 줄기세포의 삽입은 저산소증에 의한 성장 호르몬 분비를 증가시킴으로써 간 재생을 증가시켰다.; Background: There are a few studies using stem cells treatment in liver failure. But there is no study focused on macro-encapsulation study using mesenchymal stem cells (MSCs) treatment in liver disease. The aim of current study was proof of concept study for using poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) macro-encapsulated MSCs on various liver disease models.

Methods: Poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) biomaterial treated with Pluronic F127 was used as gradient for encapsulating stem cells. Acute liver failure was induced in C57BL/6 mice using thioacetamide (TAA) (100mg/kg, i.p.) every other day for 3days. Animals were divided in three groups: 1) TAA; 2) TAA + MSC via tail vein; 3) TAA + encapsulated MSCs. Animals were sacrificed 5 days after implantation. Chronic liver fibrosis was induced in C57BL/6J mice using thioacetamide (TAA) with escalating dose 3 times a week for 15 weeks.

Results: Both tail vein injection and macro-encapsulated MSC groups decrease liver inflammation score and necrosis score compare to control group in acute liver failure model. In chronic liver disease model, hepatic fibrosis was reduced in both macro-encapsulation groups compared to control group. Some portion of implanted stem cell in encapsulated capsule showed positive stain for PAS and CYP2E1 immunohistochemical stain. Lots of injected stem cells were detected in lung in tail vein injection group, but stem homing for target organ and cell migration were not found in encapsulated group. Encapsulated stem cell secreted more IL-10, angiopoietin-2, vascular endothelial growth factor, platelet-derived growth factor, placental growth factor than monolayer culture condition. Encapsulated cells were still lived within encapsulation capsule until 28 days.

Conclusion: Macro-encapsulated MSCs implantation augmented hepatic regeneration via increasing hypoxia induced growth hormone secretion in liver disease model.