Esophageal Reconstruction Using a Leaf-Stacked Structure Film Incorporating Mesenchymal Stem Cells Transfected with a Myogenesis-Inducing Gene : In Vivo Investigation for Evaluating Gene-Enhanced Esophageal Reconstruction in a Rodent Partial Defect Model = 근육 형성 유전자가 도입된 중간엽줄기세포를 이용한 Leaf-Stacked 구조 필름 기반 식도 재건 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the domain of tissue engineering and regenerative medicine, artificial replacements have been developed as viable options for esophageal reconstruction and serve as alternatives to traditional surgical procedures. Restoration of smooth muscle functionality is crucial in esophageal regeneration. We evaluated the efficacy of esophageal reconstructions in an animal model, using tissue-engineered films with a leaf-stacked structure (FLSS), seeded with mesenchymal stem cells (MSCs), which were genetically modified with myogenic genes. Esophageal partial defects were variously reconstructed in animals (n = 8 per group, except the no-implantation group), categorized as: (1) normal rats; (2) rats implanted with naked FLSS; (3) rats implanted with FLSS with MSCs; (4) rats implanted using FLSS with myogenesis-inducing gene transfected MSCs; and (5) rats without implantation at the defect site (n = 3). The FLSS exhibited appropriate mechanical characteristics for transplantation. Successful repair of esophageal defects was observed with significantly enhanced epithelial regeneration in the MSC-seeded FLSS group compared to that in the naked FLSS group. Moreover, smooth muscle regeneration was notably higher in the FLSS with myogenesis-inducing gene transfected MSCs than in the group without myogenic gene transfection. The myogenesis-inducing gene-transfected MSC-seeded FLSS group showed a tendency towards increased smooth muscle regeneration, this indicates that FLSS with myogenesis-inducing genes transfected MSC may contribute positively to the maintenance of function in the reconstructed esophagus.

국문 초록 (Abstract)

조직 공학 및 재생 의학 분야를 활용한 인공 대체물을 이용한 식도 재건술은 해부학적인 측면뿐 아니라 기능적인 부분에서도 기존의 외과적 수술 방법을 대체할 수 있는 효과적인 선택지로 떠오르고 있다. 식도의 기능을 되살리는 데 있어 특히 평활근 기능의 성공적인 복원은 매우 중요한 과제이다.
본 연구에서는 근육 생성 관련 유전자를 도입하여 변형시킨 중간엽 줄기세포(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)를 활용한 엽적층 구조의 조직 공학 필름을(film of leaf-stacked structure, FLSS) 제작하였고, 이 필름을 이용하여 동물 모델에서 식도 재건의 효과를 다각도로 평가하고자 했다.
실험은 쥐를 대상으로 식도에 부분적인 결손을 유발한 뒤, 다음과 같은 그룹으로 나누어 진행했다 (각 그룹당 8마리, 단, 비이식 그룹은 3마리): (1) 대조군; (2) 무세포 FLSS 필름 이식 그룹; (3) 일반 MSCs 탑재 FLSS 필름 이식 그룹; (4) 근육 형성 유전자 도입 MSCs탑재 FLSS 필름 이식 그룹; (5) 이식 수술하지 않은 그룹.
연구 결과, FLSS 필름은 이식에 필요한 적절한 기계적 특성을 갖추고 있음을 확인했다. 식도 결손 부위의 복구 정도를 살펴보았을 때, MSCs탑재 FLSS 그룹은 무세포 FLSS 그룹에 비해 상피 재생이 눈에 띄게 향상되는 결과를 보였다. 또한 근육 형성 유전자를 도입한 MSCs 사용그룹에서는 해당 유전자 처리를 하지 않은 MSCs 그룹보다 평활근의 재생이 훨씬 활발하게 일어나는 것을 관찰할 수 있었는데, 이는 유전자 변형 MSCs를 활용한 FLSS 접근법이 재건된 식도의 기능 유지 및 향상에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사하는 결과이다.

목차 (Table of Contents)

• Introduction 1
• Methods 5
• Results 20
• Discussion 30
• Conclusion 50
• Acknowledgements 51
• Abbreviations 52
• References 54
• Tables and Figures 61
• Abstract in Korean 98