Histological Changes in the Normal Tissues of Rat after Local Application of the Holmium-166-Chitosan Complex attached to Biodegradable Solid Material

생분해성 고형물에 흡착시켜 실험동물에 국소 투여한 홀미움- 166-키토산 복합체의 투여량, 기간 및 부위에 따른 조직의 괴사 정도와 양상

Purpose: The aim of this study was to find out a clinically appliable method to insert a biodegradable solid material containing holmium-166-chitosan complex into the surgical field, and to evaluate the histological changes in the normal tissues after ${\beta}$ -ray irradiation from holmium-166 according to the dose, period and type of tissues. Materials and Methods: 3.0 mCi, 50 ${\mu}l$ of the liquid state $^{166}$Ho-chitosan complex was attached to the absorbable gelatin sponge. The radiation activity measured by dose caliberator was 1.5 mCi. These $^{166}$Ho-chitosan complex containing absorbable gelatin sponges were inserted into the thigh muscles and over the femur bones of the Wistar rats. The cases were evaluated at 2 weeks after insertion, and 4, 6 weeks with respect to the histological changes of the soft tissues and bone, the depth of the tissue necrosis, and the changes of the $^{166}$Ho-chitosan complex containing absorbable gelatin sponges. Results: At 2 weeks, the muscles showed coagulation necrosis, degenerating myocytes, regenerating myocytes, intermuscular edema, and inflammatory cells. The necrosis depth was 3.3 mm. In the bones, there was no osteocyte in the lacuna of cortex (empty lacuna), marrow fibrosis, inflammation. The necrosis depth was 2.9 mm. At 4 weeks, in the muscle, calcification and increased fibrosis with necrosis depth by 3.3 mm were the additional findings. In the bone, marrow fibrosis with necrosis depth by 3.3 mm were detected. At 6 weeks, soft tissue shrinkage, increased fibrosis and granulation tissue formation, and nearly resolving inflammatory reaction were the findings. Conclusion: The local application of the $^{166}$Ho-chitosan complex attached to biodegradable gelatin material with surgery in the laboratory animals resulted in no mortality and morbidity, and satisfactory tissue necrosis. Holmium-166 can be applied to the treatment of the malignant tumor patients.

목적: Holmium-166은 류마티스성 관절염 및 간암 치료에서 이미 임상적으로 사용이 보고된 방사성 동위원소이다. 본 연구는 holmium-166-chitosan 복합체를 외과적으로 생체에 투입하여 임상에 적용 가능한 방법을 연구하고, 투여량과 기간, 투여 부위에 따른 조직학적 반응 정도를 정성 및 정량 분석하여 임상적용의 기초로 활용하는 것이다. 재료 및 방법: Absorbable gelatin sponge에 액체상태의 holmium-166-chitosan 복합체를 50 ${\mu}l}$ 도포하여 고형제로 만들었다. 최종 삽입전에 caliberator로 측정한 방사선량은 약 1.5 mCi였다. Wistar종 흰쥐에 외과적 시술을 통하여 대퇴근육 내부와, 그리고 대퇴골에 접하게 holmium-166-chitosan 복합체가 부착된 gelatin sponge를 삽입 후 봉합하였다. 대퇴 근육내와 대퇴골에 투여한 후 2주, 4주, 6주에 육안 및 현미경 소견하에서 조직 괴사의 깊이, 조직 변화의 양상, 삽입된 gelatin sponge의 변화 등을 관찰하였다. 결과: 2주후의 현미경 소견상 holmium-166과의 접촉면에서는 정상 근육세포의 모양을 찾아 볼 수 없을 만큼 심한 괴사 소견을 보였고 근육세포의 퇴화 및 재생, 근육간 부종, 염증세포의 침윤 소견을 보였으며 유발된 괴사의 깊이는 평균 3.3 mm 였다. 대퇴골에서는 holmium-166과의 접촉면에 있는 골피질은 골소강내 골세포의 소실이 관찰되었고 골수강내의 골수 세포도 파괴되고 섬유화 또는 염증성 반응을 보였다. 괴사의 깊이는 평균 2.9 mm 였다. 4주 때 근육에서는 석회화와 보다 심해진 섬유화 소견이 추가 되었고 괴사의 깊이는 평균 3.3 mm 였다. 골조직에서도 골수강의 섬유화가 더 증가되었고 괴사의 깊이는 평균 3.3 mm였다. 경과 관찰 6주 군에는 연부 조직의 위축과 섬유화의 증가, 육아조직의 형성, 염증 소견의 소실 등이 관찰되었다. 결론: Holmium-166-chitosan 복합체를 생체 흡수 가능한 gelatin sponge에 부착시킨 후 실험동물에 삽입한 결과, 실험동물의 사망을 유발하지도 않았으며 상처의 괴사, 염증, 감염 등의 부작용이 전혀 없어, 생체에 외과적 적용이 가능하였다. 유발된 조직 괴사의 범위는 약 3 mm로 미리 예측한 정도에 근접하는 것으로 악성종양 치료에 임상적 적용이 가능할 것으로 생각한다.