사람의 각막상피 세포를 배양하여 각막상피가 저절로 탈락해 나가는 과정을 이해하기 위해 무 혈청 배지에서 세포를 1주일 동안 배양하여 시간의 경과에 따른 세포의 소실과정을 조사하였다. 사람 각막상피 세포 주를 무 혈청 배지에서 배양하여 1, 2, 3, 6일에 세포의 형태적 관찰과 세포고사(Apoptosis) 정도를 측정하기 위해 Giemsa 염색, Hoechst 33342 형광 염색, 그리고 TUNEL(TdT-dUTP terminal nick-end labelling) assay를 시행하였다. 무 혈청 배지에서 세포를 배양하연 시간이 지남에 따라 세포의 모양이 변하였으며 망상의 세포 군집을 형성하였다. 많은 세포가 부유하여 작은 소체를 형성하였으며 세포고사 율은 3일 경과 후 50%를 나타냈다. 또한 TUNEL assay에 의해 단편화된 DNA도 관찰할 수 있었다. 본 연구의 결과는 영양 부족상태의 각막상피 세포가 세포고사를 거쳐 소모되고 탈락되는 것을 암시하고 있다.
비록 PM2.5 노출과 다양한 안구 표면 질환과 관련성이 많은 선행 연구에서 알려졌지만, PM2.5 가 각막에 미치는 세포 독성에 대한 연구는 거의 수행되지 않았다. 본 연구의 목적은 PM에 의한 각막 상피세포의 유해성을 평가하기 위한 in vitro 모델로서 쥐의 각막유래 상피세포(primary rat corneal epithelial cells, RCE cells)의 효능을 조사하는 것이다. 이를 위하여 쥐의 눈에서 분리한 1차 배양 세포가 각막 상피세포임을 pan-cytokeratin 염색을 통하여 확인하였으며, PM2.처리에 의한 각막 상피세포의 형태학적 변화를 동반한 생존율의 억제는 세포사멸 유도와 관련이 있었다. 또한 PM2.가 처리된 각막 상피세포에서는 ROS의 생성이 증가되었으며, 이는 미토콘드리아 기능 장애와 연관성이 있었다. 이와 함께 PM2.는 각막 상피세포에서 NO, TNF-α, IL-1β 및 IL-6를 포함한 염증 매개인자 및 사이토카인의 생성을 증가시켰다. 아울러 heatmap 분석을 통해 BLNK, IL-1RA, Itga2b, ABCb1a 및 Ptgs2가 미세먼지 유도 안구 질환의 임상 치료를 위한 잠재적인 표적 유전자로서 제시하였다. 결론적으로 본 연구의 결과는 1차 쥐의 각막 상피세포가 PM2.에 의한 각막 상피세포 병리기전 연구에 유용한 모델일 수 있으며, 산화적 및 염증성 반응이 PM2.유발 안구 표면 장애 유도에 핵심적인 역할을 함을 알 수 있었다.
본 연구는 각막상피가 저절로 탈락해 나가는 과정을 이해하기 위해 사람의 각막상피 세포를 배양하여 배지의 영양이 고갈될 때까지 약 7일 정도 배지를 교환하지 않고 계속 배양하여 세포고사를 조사하였다. 영양이 고갈된 배지인 Exhausted Medium을 여과하여 새로운 각막 상피세포에 넣어 2일 정도 배양을 계속하였다. Exhausted Medium에서 배양된 세포를 수확하여 세포고사를 검정하기 위해 Agarose gel electrophoresis로 DNA 단편을 확인하고 세포고사를 초기에 감지할 수 있는 방법인 M30 $CytoDEATH^*$. Fluorescein으로 확인하였다. 또한 Exhausted Medium에 의한 세포고사의 유발 경로를 조사하기 위해 사이토카인에 의한 유도인자 중 가장 많이 알려진 FAS나 FAS Ligand에 의한 유발여부를 soluble FAS and FAS Ligand에 대한 sandwich ELISA로 조사하였다. 그 결과 전형적인 DNA Ladder패턴을 보였으며 M30 $CytoDEATH^*$. Fluorescein에도 선명하게 염색되어 세포고사를 확인할 수 있었다. 또한 soluble FAS and FAS Ligand ELISA Kit로 Exhausted Medium이 FAS와 관련이 있는지를 조사한 결과 거의 무관한 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 영양 부족상태의 배지는 각막상피 세포가 세포고사를 거쳐 소모되는데 FAS and FAS Ligand system과는 무관한 것으로 나타났다.
본 연구는 mycoplasma가 오염된 배양 각막 상피세포에 anti-FAS and anti-FAS ligand antibody를 노출시킨 후 세포고사 메커니즘을 조사하기 위해 시행하였다. 배양각막 상피세포에 anti-FAS antibody 와 anti-FAS ligand antibody를 2일과 4일 동안 처리하여 주어진 기간 동안 배양하였다. 배양 중인 각막상피세포가 mycoplasma sp.에 의해 오염된 것이 밝혀졌다. mycoplasma removal agent(MRA)가 세포주로부터 세균을 제거하기 위해 이용되었다. MRA를 세포주에 첨가하여 1주일 동안 배양하였다. 그 후 각막상피 세포주는 MRA가 포함되지 않는 배양액에서 수세대 동안 배양되어 커버글라스에 계대배양하여 50-80% 채워졌을 때 MRA 제거여부를 확인하기 위한 검사 키트에 제공된 Hoechst staining을 이용하여 염색하였다. 세포고사 실험은 MRA 제거 전과 제거 후에 시행되었다. mycoplasma가 오염된 배양 각막상피세포에 대한 anti-FAS and anti-FAS ligand antibody의 영향을 알아보기 위해 Hoechst 33342 staining과 Annexin V-FITC and Propidium Iodide Staining을 이용하여 세포고사 유도를 확인하였다. 본 연구는 anti-FAS antibody가 배양각막 상피세포에서 시간과 농도에 비례하는 메커니즘으로 세포고사를 유도한다. mycoplasma가 오염된 세포주는 FAS 유도 세포고사의 민감성을 증가시키는 것으로 나타났다.
목적: 시판되고 있는 소프트콘택트렌즈용 다목적용액이 사람의 각막상피세포에 미치는 세포독성을 이미지 분석법을 이용하여 평가하고자 하였다. 방법: 각막상피세포를 6종류의 다목적용액(A~F)이 0.05~50% 포함된 배양액에서 각각 2시간, 12시간, 24시간, 48시간 동안 배양하였다. 배양 후 각막상피세포를 고정한 다음 Draq 5로 염색하고 공초점현미경과 ImageXpress $Ultra^{TM}$를 이용하여 세포형태를 관찰하고 세포생존율과 세포자살(apoptosis)을 비교하였다. 결과: 각막상피세포 생존율과 세포자살은 다목적용액을 2시간 처리한 경우에는 모든 제품에서 대조군과 차이가 없었으나, 12시간 이상 처리한 경우에는 B~F 제품에서 대조군의 52~75% 수준으로 감소하였고, 세포자살은 모든 제품에서 차이가 없었다. 24~48시간 처리한 경우에는 생존율이 29~73% 수준으로 감소하였고(p<0.05), 세포자살은 199~526% 증가하였다. 제품별로는 다목적용액 D, E, F가 A보다 각막상피세포 생존율을 감소시켰고 세포자살을 증가시켰다(p<0.05). 결론: 저농도의 다목적용액은 각막상피세포 독성에 영향을 미치지 않지만 고농도의 다목적용액은 각막상피세포의 자살을 유도하고 세포생존율을 저하시킬 수 있으므로 다목적용액의 성분은 소독기능이 우수하고 독성이 없는 성분으로 개발되어야 할 것으로 사료된다.
각막상피의 창상치유에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 Nerve Growth Factor(NGF)의 내인성 변화와 국소적 투여효과를 알아보았다. 6마리의 Beagle 을 사용하여 비교군인 오른쪽 눈에만 6mm의 기계적인 각막 창상을 만들었고 왼쪽 눈은 대조군으로 사용하였다. 눈물은 수술후 1주일동안 매일, 각막 상피는 수술중 그리고 수술후 7일에 각각 채취하여 NGF 농도를 enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)를 사용하여 측정하였다. 2차 실험으로, 16마리의 Bealgle을 사용하여 오른쪽 눈에 위와 동일한 창상을 만든 후, 창상 부위가 회복될 때까지 recombinant human (rh) NGF (n=4), murine NGF (n=6) 그리고 anti-NGF blocking antibody (n=6)를 6시간마다 점안하였으며, 왼쪽 눈은 bovine serum albumin (BSA)를 점안하여 대조군으로 사용하였다. 창상 면적은 NIH image software를 이용하여 분석하였다. 대조군에 비하여, 비교군의 눈물내 NGF는 치유초기에 현저하게 증가하였으며, 각막 상피의 NGF도 유의적인 증가를 보였다. 그러나 rh NGF, murine NGF, anti-NGF blocking antibody처치군과 BSA처치군 간에는 각막창상 치유에 유의적인 차이가 인정되지 않았다. 각막창상후, rh NGF 혹은 murine NGF의 추가적인 국소점안은 정상개의 각막상피 치유에 효과가 없었으나, 창상후 초기 치유기동안 눈물과 손상받은 각막상피에서 내인성 NGF의 급격한 보상성 증가로 미루어 NGF는 각막 상피의 창상치유에 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다.
목적 : 항균제 polyhexamethylene Biguanide(PHMB), epigallocatechin gallate(EGCG) 및 PHMB/EGCG 혼합물의 각막상피세포(primary human corneal epithelial cells, HCEpiCs)에 대한 급성독성을 평가하고자 하였다. 방법 : 각막상피세포를 0.00001~0.005% PHMB, 0.001~5% EGCG 및 0.00005% PHMB/0.05% EGCG 혼합물이 각각 포함된 배양액에서 30분, 60분, 120분 및 240분 동안 배양하였다. 배양한 각막상피세포를 고정한 다음 Draq 5로 염색하고 공초점현미경과 ImageXpress $Ultra^{TM}$를 이용하여 세포형태를 관찰하여 세포생존율과 세포자살(apoptosis)을 비교하였다. 결과 : 배양된 각막상피세포는 0.00005% 이하의 PHMB 농도 및 0.05% 이하의 EGCG 농도에서는 세포 독성이 나타나지 않았다. 0.00005% PHMB/0.05% EGCG 혼합물이 포함된 배양액에서 급성 세포독성은 관찰되지 않았으나 240분 배양시킨 경우에는 손상된 각막상피세포 수가 증가하고 생존 세포의 수는 감소하였다. 결론 : 항균 시너지 효과를 갖는다고 보고된 0.00005% PHMB/0.05% EGCG 혼합물의 경우 각막상피세포에 대한 급성독성은 없었으나 만성효과에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
소프트 콘택트렌즈용 합성 보존제로서 시중에 널리 알려진 B사의 R제품과 천연 보존제인 나린진이 가토안의 각막 상피와 내피에 미치는 영향을 주사전자현미경을 통하여 관찰하였다. 나린진의 주성분은 자몽씨 추출물로서 이는 항산화를 일으키는 Flavonoid의 구성성분 중 하나로 식품과 화장품의 보존제로서도 이미 많이 사용되고 있다. 합성 보존제의 독성은 배양된 세포에서 MTT 분석과 LDH leakage 분석을 통하여 발표된 바는 있으나 가토안의 각막에 합성 보존제와 천연 보존제를 직접 안구에 투여하여 관찰한 예는 없었다. 이에 본 연구는 가토안의 각막에 일주일간 천연보존제인 나린진과 합성 보존제인 B사의 R제품을 안구에 각각 투여한 다음 Rose bengal staining 후, 광학카메라를 통하여 독성을 관찰 하였으며 안구를 적출하여 처리 후, 주사전자현미경을 통하여 각막상피와 내피의 손상정도를 형태학적으로 분석하였다.
본 연구는 광학현미경과 전자현미경을 사용해서 자외선을 사용하는 클린벤치에서 각막에 대한 자외선 조사의 영향을 측정하기 위해서 생쥐에 대해 실험을 수행하였다. 결과는 다음과 같다. 대조군에서 각막조직은 비교적 치밀하고, 각 층은 잘 확인되며, 각막의 두께는 일정하였다. 증가하는 실험시간에서 실험의 결과는 매우 차이가 있었다. 초기실험군의 경과들에서는 심하게 변성이 되었다. 그러나 얼마의 기질층들은 종대되고, 얼마의 상피조직은 정상의 모양이 아니었다. 중간실험군들의 결과들은 기질의 심한 종대, 일부지역의 소포, 상피의 응축, 내피의 불규칙한 배열이 있었다. 마지막 실험군의 결과에서는 각막조직의 위축, 내피조직의 종대와 공포화 상피의 부분적인 파괴, 각막조직의 불규칙적인 두께가 있었다.
2008년 1월부터 2010년 3월까지 만성 각막 상피 결손증으로 서울대학교 부속 동물병원에 내원한 환자 27마리 (25두: 단안, 2두: 양안)를 대상으로 점안마취 하에 격자 각막 절개법을 적용하였다. 처치 후 7-14일 간격으로 재진하였으며, 형광염색 시 음성이고, 각막 표면이 안정화될 때까지 반복 처치하였다. 이중 86.2%에 해당하는 25안에서 각막 궤양이 치유되었으며, 평균 치유기간은 $15.92{\pm}9.19$일 (7-39일)이었다. 병변이 악화되거나 각막 절개법을 최초로 시행 후 6주가 지나도 병변이 치유되지 않는 4안의 경우, 전신마취 하에 각막 절개법 및 제 3 안검 플랩을 적용하였으며, 2주 후 플랩을 제거했을 때, 병변이 모두 치유된 것을 확인하였다. 따라서, 각막 절개법은 만성 각막 상피 결손증에 유용한 치료법이라고 사료되며, 반복적인 처치에도 재발하거나 시술의 성공률을 높이기 위해서는 각막절개법과 제 3 안검 플랩을 함께 실시할 것이 추천된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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