THE STUDY ON THE EFFECTS OF THE INSULIN-LIKE GROWTH FACTOR-I ON THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE HUMAN PERIODONTAL LIGAMENT CELLS

Insulin-like growth factor-I 이 치주인대세포의 생물학적 활성도에 미치는 영향에 대한 연구

The ultimate goal of clinical periodontal therapy is to achieve regeneration of a healthy connective tissue reattachment. Conventional therapy including scaling, root planing, gingival curettage, gingivectomy and flap procedures of various types results primarily in repair rather than regeneration of the periodontium. In order for periodontal regeneration to occur, progenitor periodontal ligament cells must migrate to the denuded root surface, attach to it, proliferate and mature into an organized and functional fibrous attachment apparatus. Polypeptide growth factors belong to a class of potent biologic mediators which regulate cell differentiation, proliferation, migration and metabolism. Insulin-like growth factor-I (IGF- I ) of these factors appear to have an important role in periodontal wound healing and bone formation. The purpose of this study is to evaluate the effects of IGF- I on the periodontal ligament cells to use as a regeneration promoting agent of periodontal tissue. Human periodontal ligament cells were obtained from periodontal tissue explants culture of the first premolar tooth extracted for the orthodontic treatment. Cells were cultured in Dulbecco's modified Eagle medium(DMEM) with 10% fetal bovine serum. Fourth to seventh passage cells were plated in 24 well tissue culture plates and medium changed to serum-free medium prior to addition of growth factors. Cell proliferation was measured by the incorporation of $[^3H]-thymidine$ into DNA, Protein synthesis was determined by measurement of $[^3H]-proline$ incorporation into collagenase-digestible protein(CDP) and noncollagenous protein(NCP) according to the method of Peterkofsky and Diegelmann (1971), And alkaline phosphatase activity was measured as one parameter of osteoblastic differentiation. The results were as follows : The DNA synthetic activity was increased in a dose-dependent manner with IGF- I except for 0.1ng/ml concentration of IGF- I At the concentration of 10, 100ng/ml, IGF- I significantly increased the DNA synthetic activity(P<0.05) The total protein, collagen and noncollagen synthesis was increased in a dose-dependent manner with IGF- I except for 0.1ng/ml concentration of IGF- I. At the concentration of 1, 10, 100ng/ml, IGF- I significantly increased the total protein, collagen and noncollagen synthesis activity(P<0.95, P<0.001). The % of collagen was not effected according to the concentration of IGF- I. The alkaline phosphatase activity was increased in a dose-, time-dependent manner with IGF- I (10, 100ng/ml). In conclusions, the present study shows that IGF- I has a potentiality to enhance the DNA synthesis of periodontal ligament cells with including the increase of the total protein and collagen synthetic activity. The use of IGF- I to mediate biological stimulation of periodontal ligament cells shows promise for future therapeutic applications.

치주조직재생에 중요하게 생각되는 요건으로는 치근면의 상태, 전구세포의 증식, 치유 부의 상피조직배제, 치유부의 안정화를 들 수 있으며 이중 가장 중요한 요건중의 하나가 치유부에 치주조직재생을 도모할 수 있는 전구 세포가 실수부로 이주하여 부착과 증식, 분화를 통하여 교원질섬유를 포함한 결체조직의 부착과 백악질, 골조직을 재형성하는 것이다. 최근에 이러한 전구세포들을 자극하고 원치 하는 세포들을 저지하기 위한 방법으로 성장 인자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 골조직을 조절하는 인자로 알려진 인슐린유사성장인자- I (Insulin-like growth factor-I)는 폴리펩타이드계 성장인자로서 골세포의 증식, 기질합성 등을 촉진시킨다고 보고되고 있으나, 치주조직 재생에 대한 IGF- I 의 영향을 잘 규명되어 있지 않으므로 배양된 치주인대세포에 IGF- I 을 농도별로 주입하여 세포의 증식능, 교원질 및 단백질 합성능, 알카린인산효소활성도를 측정해 보므로써 IGF- I 이 치주인대세포의 활성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 교정치료를 위해 내원한 환자로부터 건강한 제일소구치를 발거하여 치주인대세포를 분리, 배양하여 IGF- I 을 주입시키지 않은 군을 대조군으로 하고, IGF- I 을 각각 0.1, 1, 10, 100 ng//ml로 주입시킨 군을 실험군으로 하여 DNA합성능, 총단백질과 교원질 합성능 및 알카린인산효소활성도를 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. DNA 합성능에 미치는 IGF- I 의 효과는 농도가 증가함에 따라 0.1ng/ml를 제외하고는 DNA 합성능이 증가하는 경향을 보였고, 대조군에 비해 10, 100ng/ml투여군에서 통계적으로 유의한 차이(P<0/05)를 나타내었다. 치주인대세포의 총단백질 합성양에 미치는 IGF- I 의 효과는 농도가 증가함에 따라 총단백질 합성양이 증가하는 경향을 보였으며, 대조군에 비해 1, 10, 100ng/ml 투여군에서 통계학적으로 유의한 차이(P<0.001)를 나타내었다. 총단백질을 교원질(collagenase digestible protein : CDP)과 비교원성 단백질(non-collagenous protein : NCP)로 분류하여 비교하였을때 IGF- I 의 농도가 증가함에 따라 비교원성 단백질 합성양과 교원질 합성양이 증가하는 경향을 보였으며, 비교원성 단백질 합성양이 교원질 합성양보다 약간 높게 나타났고, 대조군에 비해 1, 10, 100ng/ml 투여군에서 통계적으로 유의한 차이(P<0.05, P<0.001)를 나타내었다. 총단백질에 대한 교원질합성의 상대적 비율은 농도가 증가함에 따라 각 군당 별차이를 보이지 않았으며, 대조군에 비해 통계적으로 유의한 차이 (P>0.05)를 나타내지 않았다. 알카린인산효소활성도에 미치는 IGF- I 의 효과는 모든군에서 7일째보다 14일째에서 약간 높은 알카린인산효소활성도롤 나타내었으며, 7, 14일 모두 농도가 증가함에 따라 효소활성도가 증가하였으며, 7일째 대조군에 비해 100ng/ml 투여군에서 통계적으로 유의한 차이(p<0.05)를 나타내었다.