• 한국동물생명공학회지
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• 제36권4호
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• pp.253-260
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• 2021

Organ transplantation is currently the most fundamental treatment for organ failure, but there is a shortage of organ supply compared to those in need. Regenerative medicine has recently developed a decellularization technique that overcomes the limitations of conventional organ transplantation and attempts to reconstruct damaged tissues or organs to their normal state. Several decellularization methods have been suggested. In this experiment, the decellularization methods were used to find effective decellularization methods for humanlike porcine placenta. The optimal conditions for decellular support are low DNA content and high glycos amino glycans (GAGs) and collagen content. In order to satisfy this condition, SDS and Triton X-100 and SDS + Triton X-100 were used as the detergent used for decellularization in this experiment. The contents were compared according to the decellularization time (0, 12, 24, 48 and 72 hours), and the concentrations of SDS (0.2, 0.5, 0.7 and 1.0%) were mixed in 1.0% Triton X-100 to analyze the contents. When decellularized using SDS and Triton X-100, respectively, it was confirmed that the contents of DNA and GAGs were opposite to each other. And decellularization treatment for 24 hours at 0.5% SDS was able to obtain an effective decellular support. If decellularization studies of various detergents can be obtained an effective decellular support, and furthermore, cell culture experiments can confirm the effect on the cells.

• Journal of Chest Surgery
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• 제45권6호
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• pp.368-379
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• 2012

Background: Bioprostheses for cardiovascular surgery have limitations in their use following as calicification. ${\alpha}$-galactosidase epitope is known as a stimulant of immune response and then shows a progressing calcification. The objective of this study was to evaluate histologic characteristics and mechanical properties of decellularization and treated with ${\alpha}$-galactosidase. Materials and Methods: Bovine pericardial tissues were allocated into three groups: fixation only with glutaraldehyde, decellularization with sodium dodesyl sulfate and decellularization plus treatment with ${\alpha}$-galactosidase. We confirmed immunohistological characteristics and mechanical properties as fatigue test, permeability test, compliance test, tensile strength (strain) test and thermal stability test. Results: Decellularization and elimination of ${\alpha}$-gal were confirmed through immunohistologic findings. Decellularization had decreased mechanical properties compared to fixation only group in permeability (before fatigue test p=0.02, after fatigue test p=0.034), compliance (after fatigue test p=0.041), and tensile strength test (p=0.00). The group of decellularization plus treatment with ${\alpha}$-galactosidase had less desirable mechanical properties than the group of decellularization in concerns of permeability (before fatigue test p=0.043) and strain test (p=0.001). Conclusion: Favorable decellularization and elimination of ${\alpha}$-gal were obtained in this study through immunohistologic findings. However, those treatment including decellularization and elimination of ${\alpha}$-gal implied the decreased mechanical properties in specific ways. We need more study to complete appropriate bioprosthesis with decellularization and elimination of ${\alpha}$-gal including favorable mechanical properties too.

• Journal of Chest Surgery
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• 제43권6호
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• pp.565-575
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• 2010

배경: 이식편을 개발함에 있어서 숙주의 면역반응을 최소화하여 보다 더 오래 사용할 수 있게 하기위한 방법으로 무세포화에 대한 연구가 시행되고 있다. 저자들은 소 심낭의 무세포화의 과정에 효소제인 트립신 전처치가 물리역학적, 조직학적으로 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 소 심낭편을 SDS와 Triton X-100 또는 N-lauroylsarcosinate와 Triton X-100으로 무세포화하는 것을 기본으로 한 군들과 0.1% 트립신/0.1% EDTA로 전처치를 추가한 군들에서 장력 검사를 실시하고, 생체 이식 후의 상태를 가정한 피로도 검사를 전후로 하여 투과도와 유순도는 검사하였고, 피로도 검사 전후로 조직학적인 변화를 광학현미경 및 전자현미경으로 관찰하였다. 결과: 트립신 처치를 추가한군과 아닌 군에서 기계적 장벽의 차이는 없었으나, 투과도와 유순도는 피로도검사 전과 후로 트립신 처치를 하지 않은 군에 비해 증가하였으며, 조직학적으로도 세포외 기질이 더 손상된 소견을 보였다. 걸론: 소 심낭의 무세포화에서 트립신 전처치는 세포외 기질의 손상을 유발하지만 기계적 장력에는 큰 영향을 미치지 않았으며, 피로도검사 전후 모두 투과도와 유순도를 증가시켰다. 무세포화과정에서 트립신과 같은 단백질 분해 효소제를 이용하기 위해서는 조직의 생체 물리적 손상을 최소화할 수 있는 다양한 방법을 조합한 연구가 더 필요하다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제38권2호
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• pp.62-73
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• 2017

To identify a solution for the restricted availability of healthy lungs and the high risk of immune rejections following organ transplantation, tissue engineering techniques for culturing lungs have been studied by many research groups. The most promising method for culturing lungs is the utilization of a bio-scaffold that was prepared using harvested organs from human donors or other animals by removing their original cells. In this study, a pulsatile perfusion pump was used to alleviate the cell removal effect with the high fluid-dynamic power of the perfusion stream during the decellularization process, while other conventional studies focused on chemical methods to identify efficient detergents. The purpose of this study was to analyze the developed device by using energy equivalent pressure (EEP), which is an indicator of pulsatility, to understand the characteristics of pulsatile energy transmitted according to the load size by using the artificial model and compare it with the measured EEP. The pulsatility of the device can be estimated with the concept of fluid-dynamic energy during a particular constant time period or fluid-dynamic power represented as EEP and EEP increment. Because the measured EEP of perfusion flow during decellularization can be changed by the amount of fluid leakage and the degree of clogging in the capillary vessels, EEP should be measured to determine whether the decellularization is progressing without problems. The decrement of EEP caused by the high perfusion resistance was observed from some experimental results that were obtained with artificial models. EEP can be used to monitor the decellularization process after analyzing the varying EEP according to the amount of load. It was confirmed that the EEP was maintained at a high level in the experiment using the harvested lungs from 12-13-week-old rats. In addition, it was confirmed that the cell removal time was faster than when continuous perfusion was performed. In this study, pulsatile power delivered to the lungs was measured to monitor the process of cell removal, and it serve as the evidence for efficient decellularization.

• Journal of Chest Surgery
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• 제41권6호
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• pp.679-686
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• 2008

배경: 조직판막에 남아있는 세포물질은 환자의 면역반응과 관련이 있고 석회화의 원인이 된다고 알려져 있으며 탈세포화 된 판막조직의 세포외 기질은 숙주세포(host cell)가 부착되고 내피화(endothelialization)되어 조직으로 재구성되게 하는 생물학적 지자체로도 사용될 수 있다. 그러므로 탈세포화는 조직판막의 면역반응 최소화와 지자체의 형성에 가장 중요한 부분이다. 탈세포화를 위해 많은 방법과 약제들이 개발 되어 왔다. 그러나 화학적 혹은 효소적 탈세포화 방법에 앞서 삼투압(osmolality)을 이용한 저장성 용액 처치에 대한 효과를 보여준 논문은 드물다. 본 연구는 탈세포화에 있어서 저장성 용액 처치의 효과를 밝히고 아울러 탈세포화 시 적절한 온도, 처치시간, sodium dodecylsulfate (SDS)의 농도를 밝히고자 시행되었다. 대상 및 방법: 돼지 판막을 여러 조건 즉 SDS농도(0.25%, 0.5%), 저장성용액 처치시간(6, 12, 24시간), 온도($4^{\circ}C$, $20^{\circ}C$)를 달리하여 일종의 이온세정 용매인 SDS를 이용하여 탈세포화를 하였다. 저장성 용액에 노출시키지 않은 군을 B군으로 하고 동 수의 돼지 판막을 같은 조건에서 SDS에 처치하기 전에 저장성용액에 노출 시켰다(A군). 저장성 용액에의 노출은 4, 7, 14시간, $4^{\circ}C$와 $20^{\circ}C$로 구분하여 각각 탈세포화의 정도를 조사하였다. 탈세포화와 세포외 기질의 보존 정도는 hematokylin-eosin (H-E) 염색으로 표본을 관찰하였다. 결과: SDS의 두 농도, 0.25%, 0.5%에서 탈세포화의 정도의 차이는 발견할 수 없었다. $4^{\circ}C$ 환경에서 24시간 SDS로 처치한 것이 A, B군 모두에서 가장 양호한 탈세포화를 소견을 보였고 $20^{\circ}C$에서는 탈세포화 정도에 차이가 없었다. 저장성 용액으로 처치한 A군 모두에서 같은 조건의 처치하지 않은 B군에 비래 더 양호한 탈세포화 소견을 보였다. $4^{\circ}C$, 14시간 저장성용액에 노출된 판막이 가장 좋은 탈세포화의 소견을 보였고, $20^{\circ}C$의 저장성 용액에 노출된 판막은 양호한 탈세포의 소견을 보였으나 심한 세포외 기질의 파괴를 관찰할 수 있었다. 결론: 판막조직의 탈세포화에 있어서 삼투압처리를 이용한 저장성 용액 처치는 매우 효과적인 방법으로서, 돼지 판막조직의 탈세포화에 꼭 적용되어야 할 방법으로 생각된다 저장성 용액에의 노출이 탈세포화에 필요한 화학적 세정제(chemical detergent)의 농도를 줄이고 이러한 세정제의 농도나 노출시간을 줄일 수 있는지 그리고 세포외 기질의 변화에 어느 정도 영향을 주는지에 대해 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

• Journal of Chest Surgery
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• 제41권5호
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• pp.550-562
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• 2008

배경: 조직공학분야에서 이종조직의 세포성분에 대한 면역반응을 없애기 위한 기본적인 과정으로 조직의 탈세포화에 대한 연구가 있어왔다. 본 연구는 기존에 탈세포화에 효과적이었다고 보고되었던 방법들을 변형 혹은 재현해 보고, 이를 통해 치적의 탈세포화를 얻을 수 있는 조건을 찾고자 하였다. 대상 및 방법: 돼지의 대동맥 및 폐동맥판막, 대동맥 및 폐동맥벽, 심낭을 탈세포화 세정제(detergents)에 대한 농도 및 배양시간, 온도조건, 용질에 대한 삼투압 등을 달리하고, 여러 탈세포화용액 및 그 조합을 통해 단일단계 및 여러 단계의 방법으로 배양하여 탈세포화를 시행하였다. 이렇게 탈세포화 실험을 마친 조직은 hematoxylin-eosin (H&E) 염색을 통해 탈세포화의 정도와 세포 외 기질의 보존 정도를 평가하였고, 일부탈세포화된 조직에서는 이종항원면역제거 정도를 파악하는 alpha-Gal 염색과 DAPI 염색을 동시 시행하여 관찰하였다. 결과: Polyethylene glycol이나 peracetic acid를 이용한 방법에서는 탈세포화가 되지 않았다. 단일단계방법으로는 sodium deoxycholate (DOA), sodium dodesyl sulfate (SDS), Triton X-100, SDS와 Triton X-100을 섞은 용액에서, 다단계방법으로는 저장성 완충용액 ${\rightarrow}$ X-100 ${\rightarrow}$ SDS, DOA ${\rightarrow}$ 저장성 완충용액 ${\rightarrow}$ SDS, 저장성 완충용액 ${\rightarrow}$ SDS에서 탈세포화가 이루어 졌다. DOA는 다른 탈세포화 방법에 비해 세포 외 기질의 파괴가 심하였고, 특히 실험온도가 높아질 수록 세포 외 기질의 파괴가 더욱 현저함을 알 수 있었다. 사용되는 화학물질의 종류, 양, 처리시간 및 세포 외 기질의 파괴 정도를 고려하여 지속적으로 재현 가능한 탈세포화에 비교적 적합한 조합 및 조건은 단일단계방법으로 $4^{\circ}C$에서 SDS와 Triton X-100를 섞은 저장성용액에서 24시간 배양하는 방법과, 다단계방법으로 저장성 완충용액과 SDS를 연속적으로 사용하는 방법으로, $4^{\circ}C$에서 $6{\sim}8$시간 이상 저장성 완충용액에 처리한 후, 0.25% SDS가 섞인 저장성 완충용액에 16시간 배양 후 등장성 완충용액에 처리하는 방법이었다. 결론: $4^{\circ}C$에서 SDS 과 Triton X-100을 섞은 저장성 완충용액에서 24시간 배양하는 단일단계방법이나, 저장성완충용과 SDS를 연속적으로 사용하는 다단계 방법을 통해 세포 외 조직을 비교적 잘 보존하면서 적은 수의 탈세포화 용액을 사용하여 효과적인 탈세포화를 얻을 수 있었다.

• Journal of Chest Surgery
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• 제43권3호
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• pp.235-245
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• 2010

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.

• Journal of Chest Surgery
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• 제45권6호
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• pp.380-389
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• 2012

Background: Bovine pericardium is one of the most widely used materials in bioprosthetic heart valves. Immunologic responses have been implicated as potential causes of limited durability of xenogenic valves. This study aimed to determine the effectiveness of decellularization and ${\alpha}$-galactosidase (${\alpha}$-gal) to remove major xenoreactive antigens from xenogenic tissues. Materials and Methods: Recombinant Bacteroides thetaiotaomicron (B. thetaiotaomicron) ${\alpha}$-gal or decellularization, or both were used to remove ${\alpha}$-gal from bovine pericardium. It was confirmed by ${\alpha}$-gal-bovine serum albumin-based enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), high-performance anion exchange chromatography, flow cytometry, 3,3'-diaminobenzidine-staining, and lectin-based ELISA. The mechanical properties of bovine pericardium after decellularization or ${\alpha}$-gal treatment were investigated by tests of tensile-strength, permeability, and compliance. Collagen fiber rearrangement was also evaluated by a 20,000${\times}$ transmission electron microscope (TEM). Results: Recombinant B. thetaiotaomicron ${\alpha}$-gal could effectively remove ${\alpha}$-gal from bovine pericardium B. thetaiotaomicron (0.1 U/mL, pH 7.2) while recombinant human ${\alpha}$-gal removed it recombinant human ${\alpha}$-gal (10 U/mL, pH 5.0). There was no difference in the mechanical properties of fresh and recombinant ${\alpha}$-gal-treated bovine pericardium. Furthermore, the TEM findings demonstrated that recombinant ${\alpha}$-gal made no difference in the arrangement of collagen fiber bundles with decellularization. Conclusion: Recombinant B. thetaiotaomicron ${\alpha}$-gal effectively removed ${\alpha}$-gal from bovine pericardium with a small amount under physiological conditions compared to human recombinant ${\alpha}$-gal, which may alleviate the harmful xenoreactive immunologic responses of ${\alpha}$-gal. Recombinant ${\alpha}$-gal treatment had no adverse effects on the mechanical properties of bovine pericardium.

• Journal of Chest Surgery
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• 제43권1호
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• pp.1-10
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• 2010

배경: 심장 혈관계 수술에서 인공 조직 보철편은 주로 소나 돼지 판막, 심낭의 글루타알데하이드 고정 방법을 사용하고 있으나 중장기적으로 이식편의 석회화 및 물리-기계적인 결함이 문제시 되고 있다. 이 중 본 연구에서는 소의 심낭에 글루타알데하이드 고정, 용매, 무세포화, 항독성화 처리가 조직의 물리-기계적 장력 및 신장도에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 아무런 처리를 하지 않은 신선한 소의 심낭과 여러 방법의 글루타알데하이드 고정 및 용매 첨가 그룹, 무세포화 그룹, 항독성화 처리 그룹 등으로 나누어 각 조직의 물리-기계적 장력 및 신장도 검사를 시행하였다. 심낭을 30도 각도로 달리하여 얻어낸 6가지 방향에 대하여 폭 5 mm에 대한 인장 강도를 구하여 장력을 측정하였고, 양방향으로 늘려 끊어지는 시점에서의 길이를 측정하여 늘어난 정도를 구하여 신장도를 측정하였다. 결과: 1) 상용 농도의 글루타알데하이드 고정시 장력이 감소하며(n=83, $MPa=11.47{\pm}5.40$, p=0.006) 용매를 첨가하였을 때 장력의 변화는 관찰되지 않았다. 신장도는 글루타알데하이드 고정시 늘어났으며(n=83, strain $(%)=24.55{\pm}9.81$, p=0.00), 용매 첨가시 신장도의 변화는 관찰되지 않았다. 2) 무세포화 처리시 대부분의 장력은 감소하는 경향을 보였으며(p>0.05) 장기간 저농도 용액 처리, 고농도의 세정용매 처리시 장력의 감소가 통계적으로 유의했으며(p=0.01, p=0.00), 신장도는 늘어나는 경향을 보였다. 3) 항독성화 처리 시 장력 및 신장도에 유의한 차이를 보이지 않았다. 결론: 소의 심낭에 글루타알데하이드 고정, 용매, 항독성화 처리 후에는 장력 손실이 관찰되지 않으며 신장도는 증가하는 경향을 보였다. 무세포화에 따른 장력의 손실이 뚜렷하였으나 저 농도 세정제 사용과 고농도 용액처리를 보강한 무세포화 처리에서는 장력의 손실이 향상되었다. 계속해서 더 나은 이식 보철편개발을 위한 다양한 용매의 연구 개발이 필요하다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제38권2호
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• pp.168-176
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• 2010

사체 피부에서 면역반응을 일으킬 수 있는 세포들을 제거한 무세포 진피는 다양한 의료용 소재로 사용되고 있다. Trin-butyl phospahate(TnBP)와 deoxycholic acids를 세포제거 용액으로 사용하여 피부조직 내 진피층의 3차원적 구조를 손상시키지 않고 다양한 구조 단백질 및 성분들을 유지한 상태에서 면역반응의 대상인 세포성 항원만을 선별적으로 제거한 이식용 동종 무세포 진피인 $SureDerm^{TM}$을 개발하였다. $SureDerm^{TM}$ 제조공정은 감염성 위해인자 불활화 공정으로 70% 에탄올 처리와 산화에틸렌 가스 처리 공정을 포함하고 있다. 본 연구에서는 SureDermTM 제조공정 중 70% 에탄올 소독 공정, 세포제거용액(0.1% TnBP와 2% deoxycholic acids) 처리 공정, 산화에틸렌 가스 멸균의 바이러스 불활화 효과를 검증하기 위해 국제적 가이드에 따라 5종의 바이러스 [human immunodeficiency virus type 1(HIV-1), bovine herpes virus(BHV), Bovine viral diarrhoea virus(BVDV), hepatitis A virus(HAV), porcine parvovirus(PPV)]를 생물학적 지표로 사용하였다. 피부조직에 각 생물학적 지표를 첨가한 후 불활화 공정을 실시한 다음 각 바이러스를 회수하여 정량한 후 불활화 정도를 비교하였다. 70% 에탄올 20분처리 공정에서 HIV-1, BHV, BVDV 같은 외피 바이러스는 처리 시간 2.5분 안에 불활화되었지만, HAV와 PPV 같은 비-외피 바이러스는 에탄올에 저항성을 나타내어 20분 처리 후 log 바이러스 감소인수가 각각 1.85와 1.15였다. 세포제거용액 처리 공정에서 HIV-1, BHV, BVDV는 각각 5분, 30분, 5분 안에 검출한계 이하로 불활화되었다. 산화에틸렌 가스처리에 의해 본 연구에 사용한 모든 바이러스가 검출한계 이하로 불활화되었다. 3가지 공정에서 HIV-1, BHV, BVDV, HAV, PPV에 대한 log 바이러스 감소인수 합은 각각 $\geq12.71$, $\geq18.08$, $\geq14.92$, $\geq6.57$, $\geq7.18$이었다. 이와 같은 결과에서 $SureDerm^{TM}$ 제조공정은 바이러스 안전성을 보증할 수 있는 충분한 바이러스 불활화 능력을 갖고 있는 것으로 판단된다.