Anti-calcification Effects in Decellularized and Variously Fixed Bovine Pericardium

Background: Our goal was to evaluate anti-calcification effects of decellularization and diverse fixing methods including preincubation of the bovine pericardium with ethanol. We also assessed changes in mechanical properties. Material and Method: Harvested bovine pericardium was decellularized with 0.25% sodim dodecysulfate and then treated with 5 methods of fixation: (1) 0.5% glutaraldehyde (GA) for 14 days, (2) 0.5% GA for 5 days, 2% GA for 2 days and 0.25% GA for 7 days, (3) 0.5% GA for 5 days, 2% GA for 2 days, 0.25% GA for 7 days, and then 70% ethanol for 2 days, (4) 0.5% GA for 5 days, a mixture of 2% GA and 70% ethanol for 2 days, and 0.25% GA for 7 days, (5) 0.5% GA for 5 days, a mixture of 2% GA, 65% ethanol, and 5% octanediol for 2 days and then 0.25% GA for 7 days. All treated bovine pericardia were tested for histological variables, lipid content, and mechanical properties including tensile strength and thermal stability. A total 10 kinds of differently treated bovine pericardia were implanted into rat subdermis and harvested 8 weeks later. Harvested pericardia were evaluated for calcium content. Result: No protein denaturation was observed microscopically after decellularization. There was a 32% mean decrease in tensile strength index after decellularization in the bovine pericardium group fixed. Octanediol preincubation attenuated the decrease in tensile strength and maintained thermal stability. TG and cholesterol were not affected by decellularization but were decreased by organic solvent. Calcium content was decreased after decellularization, and organic solvent preincubation decreased calcification in the non-decellularized bovine pericardium group. Conclusion: Decellularization and organic solvent preincubation have anti-calcification effects but decellularization may cause mechanical instability. A method of decellularization and fixation that does not cause damage to matrices will be needed for evaluation of the next step in using tissue-engineering for replacement of cardiac valves.

소심낭 절편의 무세포화와 알코올 전처치를 포함한 여러 고정 처리법 시행 후 석회화 경감 효과 관찰 연구

배경: 심장혈관대체물로서 인체내에 이식된 우심낭의 부전은 석회화 및 기계적 변성에 의하여 이루어지며, 조기 부전의 가장 흔한 원인인 석회화 방지를 위하여 우심낭의 무세포화 처치를 시행하고 알코올 전처치를 포함한 여러 고정 방법을 병행하여 그에 따른 기계적 특성의 변화와 실제 생체 이식 시 석회화 정도를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 우심낭을 신선 상태와, 0.25% Sodium dodecylsulfate를 이용하여 무세포화 처치를 한 상태에서 각각 5가지의 방법을 이용하여 고정을 시행하였다. 5가지의 방법은 (1) 0.5 % glutaraldehyde (GA)로 2주간 처치, (2) 0.5% GA로 5일간 처치, 그 후 2일간 2% GA 처치 후 7일간 0.25% GA로 처치, (3) 0.5% GA로 5일간 처치 후 2일간 2% GA 처치 후 7일간 0.25% GA로 처치, 이후 70% 에탄올로 2일간 처치, (4) 0.5% GA로 5일간 처치 후, 2% GA와 70% 에탄올 혼합액으로 2일간 처치한 후 0.25% GA로 7일간 처치, (5) 0.5% GA로 5일간 처치 후 2% GA, 65% 에탄올, 5% octanediol 혼합액으로 2일간 처치한 후, 0.25% GA로 7일간 처치하여 구분하였다. 각각의 처치 후 조직 검사와 지질 양 측정과 기계적 특성에 대한 검사를 시행하였다. 처치가 끝난 총 10종류의 우심낭편을 쥐의 피하조직에 이식하고 8주가 지난 후 채취하여 석회화의 정도를 측정하였다. 결과: 조직 검사에서 무세포화 후에 특이적인 기질의 변성은 관찰되지 않았으며, 동일한 고정 방법을 사용한 경우 무세포화 처리를 한 우심낭편에서 평균 32% 정도의 장력 저하가 있었고, 유기용매 전처치 시 octanediol을 병행 처치하면 장력 저하를 줄이고 thermal stability를 유지시키는 효과가 있었다. 중성지방과 콜레스테롤의 양은 무세포화 처리에 영향을 받지 않았으며, 유기용매 중 octanediol 전처치를 시행하는 경우 그 양이 더욱 줄어드는 양상을 보였다. 무세포화 처리는 항석회화 효과를 보였으며, 유기용매 전처치를 시행하는 경우 석회화의 양이 더욱 감소하였다. 결론: 유기용매 전처치와 무세포화는 항석회화 효과가 있으며, 무세포화 처치는 우심낭 조직의 기계적 성능의 감소를 가져왔다. 조직의 기질에 손상을 주지 않는 무세포화와 고정방식에 대한 연구는 이종장기 연구 과정에서 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대한다.