Abstract
Background: The replacement of the narrowed long-segment trachea with various prosthetic materials or tissue grafts remains a difficult and unsolved surgical problem. Homologous cryopreserved tracheal transplantation has been considered to treat the irreversibly-damaged organs, such as in the lung or heart transplantation and also to overcome the limited supply of donor organs. We examined the morphological changes and the immunosuppressive effects of the cryopreserved trachea after the heterotopic transplantation in the rats. Material and Method: Sixty tracheal segments harvested from 30 donor Wistar rats were heterotopically implanted into the peritoneal cavity of 20 recipient Wistar rats and 40 Sprague Dawley rats. The 60 recipient rats were divided into 6 groups(10 rats/ group). In groups I, II, and III, 30 tracheal segments were implanted immediately after the harvesting and in groups IV, V, and VI, the segments were implanted 28 days after the cryopreservation. Groups I and IV were Wistar syngeneic controls. Groups II and V were Sprague Dawley recipients receiving no immunosuppression and Groups III and VI, were Sprague Dawley recipients receiving immunosuppressive agents. At 28 days all rats were sacrificed and the tracheal segments were evaluated grossly and histologically. Result: Immunosuppression of the tracheal segments had a significant influence on the changes of the tracheal lumen and tracheal epithelial cells, irrespective of the cryopreservation of the trachea(p<0.001). In groups III and VI receiving immunosuppressive agents, the tracheal lumen was patent and the normal epithelial cells were observed, however in the other groups not receiving the immunosuppressive agents, there were almost luminal obliteration by the proliferation of the fibrous tissues and a loss of the epithelial cells, the findings were similar to those in the case of obliterative bronchiolitis after a lung and a heart-lung transplantation. Conclusion: With the appropriate immunosuppressive agents, the lumen and the respiratory epithelium of the transplanted tracheal segment were well preserved, even after the cryopreservation of the tracheal segment, which shows the possibility of the long-term preservation and homologous transplantation of the trachea. But fibroproliferative obliteration of the tracheal lumen and the loss of the normal respiratory epithelial cells, characteristic findings of obliterative bronchiolitis, were observed in the groups without the immunosuppression. This experiment using the rat trachea may be useful in studying the pathogenesis, treatment, and prevention of obliterative bronchiolitis after a lung and a heart-lung transplantation.
배경: 여러 가지 다양한 원인에 의해 기도 협착이 초래된 경우, 단단문합이 가능한 병변을 제외하고는, 기관을 대치할 수 있는 여러 가지 대용물이 고려되고 임상에서도 이용되고 있으나 아직 만족스러운 결과는 보고되고 있지 않다. 이러한 이유로 비가역적 손상을 받은 다른 장기 \ulcorner마찬가지로 기관의 이식술이 고려되고 공여 기관의 자원의 제한으로 인하여 장기간 기관의 보관이 필요하게 되었다. 이에 쥐를 이용한 기관의 이소이식술을 통하여 기관 이식의 임상 적용 가능성 및 초냉동 보관을 통한 장기간 보관의 실험 모델의 정립 및 형태학적 측면에 대한 연구를 시행하였다. 대상 및 방법: 30마리의 Wistar쥐에서 60개의 기관 절편을 취득하여 20마리의 Wistar쥐와 40마리의 Sprague Dawley쥐들의 복부 복강내에 이소 이식하였다. 이식 동물 대상에 따라 실험군은 모두 6개의 군으로 나누었다. I, II, III군은 기관 절편을 취득후 곧바로 이식한 군들이며, IV, V, IV군은 기관 절편을 1개월간 -196$^{\circ}C$에서 초냉동 보관시킨 다음 이식한 군들이다. I군과 IV군은 동인자형 대조군으로 이식 대상 쥐는 공여 쥐와 같은 Wistar쥐였으며 면역억제제를 투여하지 않았다. II군과 V군은 이인자형 이식군으로 모두 Sprague-Dawley쥐로서 면역억제제를 투여하지 않았고, III군과 VI군도 마찬가지로 이인자형 이식군이었으나 면역억제제를 투여하였다. 모든 쥐는 이식술후 28일째 절명시키고 이소 이식된 기관 절편을 분리하여 조직학적 검사를 시행하였다. 결과: 기관 내강 및 상피 세포의 변화는 초냉동 보관의 시행 유무와는 차이가 없었으며, 면역억제제의 투여 유무에 따라 현저한 차이가 관찰되었다(p<0.01). 면역억제제를 투여하였던 III군과 VI군의 경우 기관 내강이 잘 유지되어 있었고 정상 상피 세포의 관찰이 가능하였으나, 나머지 군의 대부분의 기관절편에서 기관 내강이 섬유 조직의 증식에 의해 거의 폐쇄되어 있었고, 상피세포의 소실 및 상피하 조직의 관찰이 힘들었다. 이러한 기관 내강의 섬유 조직의 증식은 폐이식술과 관련된 폐색성 세지관지염의 병리 소견과 유사하였다. 결론: 쥐 기관의 초냉동 보관후의 이소 이식술시 적절한 면역억제제의 투여로 기관 내강 및 기관 상피세포가 잘 유지됨을 알 수 있어, 보다 장기간의 기관 보관이 가능할 것으로 생각된다. 그러나 초냉동 보관의 시행 여부와는 상관없이 면역억제제를 투여하지 않은 군에서 폐색성 모세기관지염과 비슷한 양상의 기관 내강의 섬유조직 과잉 증식 및 기관 상피세포의 소실 등이 관찰되었다. 쥐와 같은 소동물에서의 이러한 시도는 폐이식술과 관련된 어려운 문제중의 하나인 폐색성 모세기관지염의 병인, 예방 및 치료를 위한 연구에 있어 좋은 실험 모델이 될 수도 있을 것이다.