인장력과 압박력이 사람 치주인대 세포의 PGE2 생성에 미치는 영향에 대한 in vitro 연구

Abstract

치아 이동률은 골 재생의 활성도와 밀접하게 연관되어 있기 때문에, 개개인의 다양한 생물학적 경로를 잘 이해하는 것이 기계적인 힘에 치아가 어떻게 반응하는지를 예측하는데 중요하다고 하겠다. 골의 재생은 형성과 흡수의 균형에 의해 이루어지는데, 전신적 요인 뿐 아니라 국소적 요인에 의해서도 조절된다. 이 중 Prostglandin E2(PGE2)는 염증반응과 연관되어 있고 골 흡수에 있어서 중요한 화학적 매개체로 알려져 있으며 파골 세포나 다핵 세포의 형성을 자극하고, 교원질 분해 효소의 활성을 촉진한다고 보고 되고 있다. 연구의 목적은 교정적 치아이동시 인장측과 압박측에서 일어나는 치주인대 세포의 형태변화와 유사한 조건을 재현하기 위하여 유연한 성장표면을 가진 배양용기에 다양한 크기의 인장력과 압박력을 각각 부여한 뒤, 세포 내에서 합성 분비되는 PGE2의 변화를 힘의 크기와 시간에 따라 정량 분석하여 비교해 보고자 함이다. 교정적 목적으로 발거된 치근 표면에 병소가 없는 제1소구치에서 치주인대 세포를 채취하여, 계대 배양된 세포를 친수성의 유연한 성장 표면을 가진 35mm petriperm dish(BioFlexⓒ)에서 3일 간 배양 후 배양 용기를 각각 5%, 10%, 20%의 주형에 올려놓음으로써 인장력을 가하였다. 압박력 실험에서는 각각의 주형상에 배양용기를 올려놓은 상태에서 3일 간 세포 배양 후 주형을 제거하여 압박력을 가했으며, 자극이 가해진 후 2, 4, 8, 12, 24, 48시간마다 세포 상층액을 각각 200㎕씩 추출하였고 자극을 가하지 않은 군을 대조군으로 하였다. 실험 결과 인장력을 가한 경우 10%군에서 8시간 경과 후, 20%군에서 4시간 경과 후 대조군보다 유의하게 증가된 양상을 보여주었고, 24시간, 48시간 경과 시 대조군보다 적은 PGE2 생성량을 보였으며, 이 중 10%, 20%군에서의 24시간 경과 후에는 대조군보다 유의하게 감소되는 양상을 보여주었다. 압박력을 가한 경우 모든 항목에서 압박측이 대조군보다 PGE2 생성량이 증가한 것으로 나타났다. 이 중 5%군에서는 24시간, 48시간 경과 후, 10%군에서는 4시간 경과 후부터, 20%군에서는 모든 시간대에서 유의한 증가를 보였으며, 10%군에서 가장 많은 생성을 보였다. 인장측과 압박측의 비교 시 5%군에서는 2시간, 4시간 경과 후 인장측이 압박측보다 많은 생성을 보여주었으나 유의차는 없었으며 나머지 항목에서는 인장측보다 압박측의 생성량이 증가하였다. 이 중 5%군에서는 24시간 경과 후, 10%군에서는 8시간 이후부터, 20%군에서는 4시간 이후부터 인장측보다 압박측의 생성량에 있어서 유의한 증가를 나타내었다. 본 실험을 통해 배양된 사람의 치주인대 세포에 인장력과 압박력을 각각 가한 경우 인장측의 PGE2 생성량은 24시간, 48시간 경과 후 대조군에 비해 감소하는 양상을 보이며, 압박측은 모든 시간대에서 증가하는 것으로 나타났다. 인장측에서는 시간의 증가에 따른 생성량의 변화는 있었으나 자극의 정도에 따른 생성량에 있어서 일정한 규칙성을 가지지 않았으며, 압박측에서의 동일한 비교에서 10%까지의 자극에서는 자극이 증가할수록 생성량도 증가하는 것으로 나타났으며, 20%로 자극이 증가 시에는 생성량이 감소됨을 알 수 있었다. ; Since the rate of tooth movement is closely associated with bone remodeling activities, a better understanding of specific biochemical pathways in individual patients may provide the key to predicting how teeth will respond to mechanical force. This knowledge in turn, can lead to the enhancement of tooth movement. Bone remodelling is controlled by a balance between formation and resorption, regulated by a wide variety of systemic humoral factors as well as locally produced factors. PGE2 is known to be and important chemical mediator of bone resorption. It stimulates the formation of osteoclast-like, multinucleated cells and can also stimulate collagenase activity. The purpose of this study was to determine the levels of PGE2 synthesized by periodontal ligament cells in respond to continuous tensional/compressional force. The human periodontal ligament cells were obtained from premolars which were extracted for the purpose of orthodontic treatment. They were seeded onto 35mm Petriperm dishes(BioFlexⓒ,USA) with a flexible plastic growth surface. After incubation period, the bottom of the dish was stretched by being placed on top of a spheroidal convex template(5%, 10%, 20%) to apply the tension forces. For the compression force, cells were seeded and cultured on petriperm dishes which were placed each kinds of template for 3 days, and then compression force was applied by removing templates from the culture dishes. The supernatants were collected at 2, 4, 8, 12, 24 and 48 hours after forces applied and PGE2 was estimated by ELISA. The results were as follows : 1. Tensional force produced a significant increase in the production of PGE2 than control at 8 hours in 10% group and 4 hours in 20% group. Tensional force produced a significant decrease in the production of PGE2 than control at 24 hours in 10% and 20% group respectively(p<0.01, p<0.05). 2. Compressional force produced a significant increase in the production of PGE2 than control at 24, 48 hours in 5% group, all of experimental groups except 2 hours in 10%, all of experimental groups in 20% respectively(p<0.01, p<0.05). 3. In the comparision between the tension and compression groups, the difference in the production of PGE2 were showed significant increase at 24 hours in 5% group, at 8, 12, 24 and 48 hours in 10% group, at 4, 8, 12, 24 and 48 hours in 20% group, respectively(p<0.01, p<0.05). In summary, when the tension and compression forces were applied on human periodontal ligament cells in vitro, the production of PGE2 were decreased at 24 and 48 hours under tension force and increased at the all of experimental groups in compression force, compared with the control. In the tension groups, there is no regular relationship between the force and the PGE2 production. Compressional force produced increased PGE2 production than control and 10% group showed the greatest production of PGE2 in all groups.