백서의 신연 골 형성에서 G-CSF를 이용한 혈관형성 및 골 형성의 촉진 효과

• Published in: The journal of the Korean Orthopaedic Association Vol. 46; no. 5; pp. 357 - 363
• Main Authors: 신성진(Sung Jin Shin), 이동연(Dong Yeon Lee), 이혜란(Hye Ran Lee), 김중일(Jung Il Kim), 유원준(Won Joon Yoo), 조태준(Tae-Joon Cho), 최인호(In Ho Choi)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한정형외과학회 01.10.2011
• Subjects: 정형외과학; Granulocyte-colony stimulating factor; endothelial progenitor cell; 신연 골 형성술; 혈관 내피전구세포; distraction osteogenesis
• ISSN: 1226-2102; 2005-8918

목적: 신연 골 형성술 시 골형성이 성공적으로 일어나기 위해서는 적절한 신연속도의 유지가 중요하다. 본 연구에서는 백서 신연 골 형성술모델에서 granulocyte colony stimulating factor (G-CSF)의 피하 투여 후 혈류 증가 및 골형성에 미치는 영향을 평가하여 신연속도를 증가시키면서도 골형성을 유지할 수 있는 방법을 찾고자 하였다. 대상 및 방법: 42마리의 백서를 대상으로 우측 경골에 신연 가능한 외고정 장치를 장착한 뒤 절골술을 시행였으며, 1.5 mm/day의 속도로10일간 신연한 군(1군), G-CSF를 투여하고 1.5 mm/day의 속도로 신연한 군(2군), 그리고 0.75 mm/day의 속도로 10일간 신연한 군(3군)으로 나누어 매주 방사선 검사를 시행하여 골 형성 촉진 효과를 비교하였으며, laser doppler perfusion image (LDPI)를 이용하여 신연 부위의 혈류량을 비교하였다. 특히, G-CSF를 투여한 군에서는 투여전과 2주, 5주에 각각 혈액을 채취하여 FACS 분석을 시행하여 혈관 내피전구 세포 동원 유도 효과를 알아보았다. 결과: 단순 방사선 사진상 신연이 끝난 후 경화기 동안에 1군에 비하여 2군과 3군에서 신연 부위의 골 형성이 증가하였으나, 그 차이는 통계적으로 유의하지 않았다. LDPI를 이용한 혈류량 측정 결과에서 골 신연 부위와 정상과의 혈류량 비는 1군에 비하여 2군과 3군에서 통계적으로 유의하게 높았고(p＜0.05), 2군과 3군간의 차이는 없었다. FACS 분석에서 G-CSF를 투여한 군에서 혈관 내피전구세포의 표면 항체인 Scal-1+, C-kit+의 분포의 증가소견을 관찰할 수 있었다. 결론: 백서의 경골 신연 골 형성술에서 G-CSF를 투여할 경우 적절한 신연속도보다 빠른 속도로 신연을 시행하여도 혈류 증가 및 신생골형성이 유지됨을 확인하였다. 이는 G-CSF 투여에 의한 혈관 내피전구 세포 동원의 유도 효과에 의한 혈관형성 촉진으로 생각된다. Purpose: Proper speed of distraction is critical for successful new bone formation in distraction osteogenesis. The purpose of this study was to evaluate the effect of granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) on formation of new blood vessels and new bones in the rat model of tibial distraction osteogenesis (DO) to develop enhancement method of bone formation while increasing the distraction speed. Materials and Methods: Forty two rat-tibial DO models were included in this study, and were divided into 3 groups; group I (rapid distraction), group II (rapid distraction with G-CSF), and group III (slow distraction). The amount of bone formation and relative blood fl ow were analyzed by sequential radiographs and laser Doppler perfusion imaging (LDPI). Blood sampling was done before G-CSF injection, at 2 weeks and 5 weeks after G-CSF injection and surface expression such as Scal-1+ and C-kit+ of endothelial progenitor cells (EPCs) was analyzed by fl uorescence-activated cell sorter (FACS) for the effects of G-CSF in inducing mobilization of EPCs. Results: The amount of new bone formation in the distraction gap on serial radiographs was higher during the consolidation period in groups II and III than in group I but, the difference was not signifi cant (p>0.05). The relative blood fl ow in the distraction gap in groups II and III increased more signifi cantly than in group I (p<0.05). FACS analysis showed an increased EPCs fraction after G-CSF injection. Conclusion: We demonstrated that G-CSF administration ameliorated bone formation and blood fl ow during rapid distraction in the rat model of tibial distraction osteogenesis. We think that G-CSF has an effect on mobilization of EPCs resulting in an increase in the blood fl ow. KCI Citation Count: 0