Soft tissue regeneration

1. Soft tissue regeneration 구강악안면외과 최세훈

2. Ch.11 Regeneration of the pulp-dentin complex

3. Two long standing tenets • Adult cell이 완전한 genomic DNA copy를 적어도 하나이상을 가지고 있다. • Differentiation이 시간적으로 다르게 이루어지는 것으로 DNA가 시간적으로 다르게 소실되는 것이 아니다. • 결국 embryogenesis 동안에 differentiation이 다르게 나타나기 때문에 회복이나 재생중에도 같은 방식으로 조직이 형성된다고 보는것이 논리적인 일일 것이다.

4. 그러므로 • 조직의 회복이나 재생은 발육과정의 반복됨으로써 이루어진다는 생각이 유력하다.

5. Early tooth formation • 상피와 간엽의 상호작용은 상호보완적 • Bud stage 전의 초기발육중에 상피는 외배엽성 간엽이 치아발생능력을 가지도록 정보를 준다. 그이후에 간엽은 치아형태발생과 세포분화를 조절할수 있게 된다. • Intercellular signaling • Odontoblastic differentiation

6. Intercellular signaling • Intercellular signaling은 paracrine, autocrine 등으로 기능하는 분비된 signaling molecule의 기능이다. • Thesleff 등은 FGF,TGF-β, BMP, hedgehog, TGF- type I-II receptor 가 있다고 하였다. • BMP를 국소적으로 적용하면 그 반응으로서 transcription factor Msx-1과 Msx-2를 포함하는 homeobox의 발현이 증가한다.

7. Odontoblastic differentiation • Bell stage 동안에 enamel epi. 에서 preameloblast가, dental papilla에서 preodontoblast가 발생한다. Shh, BMP-2,4,6,7, FGF-4 같은 분자들이 연속적으로 치아형태발생 조절에 역할을 한다.

8. 현재 상태에서는 정확한 BMP의 신호전달체계에서의 역할은 밝혀지지 않았다. • odontoblast는 dentin extracellular matrix를 형성한다. 세포외기질은 대부분 Type I collagen이고 dentin sialophosphoprotein이 풍부한데 반해 pulp는 type I,III,IV collagen과 fibronectin을 포함하고 낮은 수준의 dentin sialophosphoprotein을 포함한다. 결국 odontoblast가 되는 papilla cell과 치수를 형성하는 papilla cell 간의 분비산물의 차이가 있다.

9. Repair of the pulp-dentin complex • 치수와 상아질은 성분은 다르지만 복합체의 개념으로 인식하는것이 유용하다. • 회복과 재생에 관한 실험적연구는 거의 없으나 Myer와 Fountain 은 자가혈병,자가혈액을 흡착한 collagen sponge를 무수치에 이식하였을때 치수재생은 실패했다. 손상을 준 개의 치수에 산용해성 자가 피부 교원질용액을 고농도로 직접적용한 실험에서 30일후 수복상아질이 없이 실질적 치수가 형성되었고 감마선을 조사한후의 교원질의 사용으로는 치수염증과 괴사가 되었다. • 고유의 자가 교원질의 어떤 재제는 치수의 과증식과 연관될수 있다.

10. Tertiary dentinogenesis • 삼차상아질 1) 반응성 상아질-원래의 조상아세포가 합성 2) 수복상아질-조상아유사세포가 합성

11. 상아질기질은 초기치아분화에 연관되어 있는 TGF-를 포함한 생물학적으로 활성이 높은 분자들을 함유. 상아질을 EDTA와 collagenase를 처리하면 용해성 부분물질을 얻을수 있는데 이물질은 작은 치수노출시 수복상아질 형성을 촉진하고 상아질표면에 도포시 반응성 상아질형성을 촉진한다. 이 추출물은 TGF-를 포함하고 있으며 완전한 규명은 없지만 BMP-2,7을 함유하고 있다고 한다.

12. Tissue-inductive signaling molecules and tertiary dentinogenesis; reparative dentinogenesis • collagen이 주요소인 carrier material에 BMP-2,4를 첨가하여 노출된 개의 치수에 도포하면 carrier 만 처리한 치수보다 두배이상의 수복상아질이 형성되었다. • BMP-7(OP-1)에서도 마찬가지의 결과를 보였다. • 건강한 성숙한 치수가 OP-1에 반응하는 능력은 제거된 치수의 양과 대부분 상관없다.

13. 원숭이의 부분절제된 치수에 OP-1/CM을 도포하였을때 형선된 상아질의 부피는 도포된 양에 비례했다. • 조직학적으로는 OP-1/CM 에 의해유도된 수복상아질은 상아세관이 없고 한달가량후에 세관이 없는 수복상아질에 연속되어 세관이 있는 상아질이 치수근처에 나타난다. 95%의 조직이 6개월내에 광물화되지만 치수-상아질 경계부의 단지 20%만이 세관이 있는 상아질 및 그와 관련된 조상아세포로 구성되어있다.

14. Tissue-inductive signaling molecules and tertiary dentinogenesis; reactionary dentinogenesis • 토끼의 절치 상아질의 세포외 기질중에 EDTA 에 용해되고 collagenase 에 의해 유리되는 부분물질을 ferret의 견치에 삭제한 상아질면에 도포하였을때 반응성 상아질의 형성이 촉진되었다. --이미 존재하는 odontoblast 가 이러한 요소에 반응하는 능력을 갖고 있다는 것을 증명

15. Cell-based approaches to regeneration of the pulp-dentin complex • 분산된 세포를 합성된 다공성 scaffold 에 심고 증식시켜 생체내 이식을 위한 생물학적 조직 대체물을 개발시킴으로써 조직이식의 놀라운 진보를 보임 -neotissue=cell-scaffold construct • 결국 미래에는 neotissue를 구성하는 것에는 자가세포가 있어야 하지 않을까? • 골이나 상아질을 형성할수 있는 BMP-responsive implant

16. Ch.12Peripheral Nerve Regeneration

17. 말초신경의 미세구조

18. Nerve injury • Neurapraxia-신경전달이 국소적으로 차단 • Axonotmesis-축삭부위손상(WD) • III-endoneurium • IV-endo & perineurium • Neurotmesis-epineurium • VI-neuroma-in-continuity 신경손상이 다양하게 나타남

20. Nerve tissue response to injury • Axon proximal stump-활발한 축삭재생 distal stump-WD

21. Proximal nerve segment • 2 factor: 1. Closer to cell body 2. Injury nature • 손상의 근심부에서는 신경이 재생하려는 성향이 있다 filopodia를 가진 growth cone이 말단에 형성 신경을 절단한 쥐에서 최초의 근심측 재생반응은 24시간이내에 가장 활발 • Tinel 은 신경재생율이 하루에 1mm또는 1달에 1inch, Seddon은 Tinel`s sign이 발달하는 것을 기초로 하루에 1.5+-0.2mm 라고 하였다. 결과적으로 Tinel`s sign 이 안면을 가로지른 후 free muscle transfer를 시행할 수 있다.(6-8months)-muscle provision이 신경재생을 위한 target organ을 제공할 수 있게 된다.

22. Distal nerve segment • Wallerian degeneration • Schwann cell은 증식, phagocytic role을 갖는다. cell의 basal lamina는 advancing growth cone을 위한 chemotactic scaffold로서 작용한다. • 재생되는 축삭은 distal nerve segment로 전진하게 되어 distal receptor에 접촉한다. 재생에는 약간의 변형이 있는데 적절한 감각,운동 end organ에 도달한 섬유는 support를 받고 부적절한 target에 도달한 것은 dying-back 된다.

23. End organs • Sensory receptor-reversible on reinnervation • Muscle- 약 12개월까지도 잘일어나지 않음 refractory to reinnervation 이것은 irreversible interstitial fibrosis 때문 motor end plate의 초기반응은 original synapse fold 주위에 다량의 Ach receptor를 만들어내는것-근육의 전길이에 걸쳐서 나타난다. fibrosis > Ach receptor=기능회복이 늦어짐

24. Nerve connective tissue • Endoneurim-type I collagen.전통적인 창상치유반응(TGF-  생산) • Perineurium • Epineurium-multiple fibroblast 포함한 type I collagen, fibroblast는 TGF- 에 반응하여 collagen 생산,증식-scar form

25. Neuroma • Axon regeneration과 epineurial sheath 의 type I collagen 증식 -이런식으로 신경연결을 방해할수 있다. • 재생된 Axon과 collagen scar가 섞여 neuroma를 형성할수도 있다. 결국 painful mass를 형성한다. • Resection of neuroma와 anatomic continuity reconstruction

26. Improvement in surgical techniques • 2차대전후 neurologic study와 tension free restoration개념 • Epineurial stitch-nerve reconstruction의 standard perineurial stitch는 장점이 확인되지 않음 그러나 interfasiclar stitch보다는 superior • 9-0,10-0 stitch 를 선호한다. 8-0는 만족할만한 수준의 장력을 제공하지만 이것으로 되지 않는다면 적절한 길이의 graft가 필요하다는 것을 보여준다. • 15%의 elongation 이 있다면 78%의 perfusion이 감소한다고 하였다.Highet (1943) • interrupted가 연속봉합보다 우수, fibrin glue는 소요시간이 적지만 유리한점이 없다. • Laser –lower wattage에서는 인장력이 적고 high 에서는 axon에 고온을 일으킨다. • Conduit-이론적으로는 잇점은 있으나 신경이식에 비해 장점이 없다.

27. Advancement in neuroscience • Wallerian degeneration-최근 이 퇴행성 변화의 개시를 2-14일 정도 지연시키는 유전자 발견 • Target organ의 viability 포유류의 striated M.은 섬유수가 감소되지 않고 직경의 90%가 소실될수 있다. 이런 현상은 신경제거후 1주후에 시작 • IGF, FGF 등의 GF도 영향을 준다. • Ganglioside GM1, Hyaluronic acid도 재생을 향상시킨다.

28. Surgical nerve gap • Autogenous nerve graft connective tissue의 량이 적을수록 재생이 잘된다. Medial, lateral antebrachial cutaneous nerve가 sural,saphenous n.보다 우수하다. • Vascularization 도 중요하다.3일후 시작하고 8-10일후 이식편이 revascularixation 된다. nonvasculararized ulnar, peroneal n.는 불리하다. • Conduit의 사용-vein, mesothelial-lined pseudosheaths, pseudosynovial sheath, Freeze-dried muscle graft • Vicryl, maxon, dexon tube-작은 병변에서는 효과가 높은편 • 최근연구에 의하면 합성신경관과 신경이식을 동시- 향상시킨다고 한다.Francel(1997)

29. Clinical relevance • Inferior alveolar/mental • Lingual nerve • Infraorbital • Facial

30. Management of nerve injury • Implantation후에 lip numb 1.손상후 1주일후 병력검사와 감각소실 기록 2. 방사선 3. 3달후 재평가-수술고려 • Mucosal biopsy 후의 통증 신경종절제, proximal segment transfer 고려함 • 지치발거후 numb tongue • 하악각에 injection후에 Facial paralysis 1. 손상 2주후 안면근의 사진과 근전도를 기록 2. 6주후 사진과 근전도 검사.외과적 고려를 위한 평가가 필수적

31. 신경손상환자관리시 8가지지침 • 1. 술전,술후의 운동 감각체계의 평가 • 2. microinstrument의 구비 • 3. Tension free • 4. 신경이식 고려 • 5. 자세의 변화금지 • 6. 우선적으로 일차적 신경회복 • 7. Epineurial repair • 8. 술후 감각과 운동의 재교육

32. Ch.13Cutaneous wound repair and gene transfer

33. Cutaneous wound repair • Wounding 창상은 부피와 표면적인 창상의 크기에 따라 치유과정이 틀리다. • Progression Breuing(1992)-partial thickness wound가 공기에 노출되면 더 깊어졌다. 항생제를 포함한 saline chamber 처리했더니 방지할수 있었다. Vogt 등은 hydrocolloid dressing으로 창상 표면의 progressive necrosis를 막을수 있었다고 하였다. 고로 창상의 dessication을 막는것이 중요하다. 임상적으로 급,만성의 wound는 controlled hydration dressing으로 처치함으로써 진행을 막을수 있었다.

34. Repair • Coagulation 출혈이시작된후 바로개시 PDGF,EGF,IGF,TGF-,FGF등의 cytokine 유리 –각각의 target을 activation 한다. • Inflammation response histamine, serotonin, bradykinin 같은 cytokine 유리-vascular permeability,edema 증가 neutrophil extravasation은 감염이 없는 경우에도 있음 netropenia 환자도 창상치유에 문제는 없다. • Macrophage가 key inflammatory cell 이다. 많은 세포들이 유리하기 때문에 정확한 기능을 파악하는 것은 어렵다.

35. Dermal repair Healing strength breaking strength tensile strength Overhealing –scar formation • Epidermal repair Cohen(1971)-EGF 발견 Rheinwald,Green-keratinocyte 배양 - epidermis는 젖은 상태에서 더 빨리 치유된다. autogenous keratinocyte는 single-cell suspension으로 이식되어 growth factor peptide를 encoding하는 gene을 포함하여 repair를 자극할수 있다. • Healing abberation 돼지는 keloid, hyperscar가 생기지 않아 연구가 어렵다. underhealing이나 healing absence는 GF의 결핍이나 저발현과 연관된것 같지는 않다. 결국 노화와 연관이 있다.

36. Gene therapy • Gene transfer for the purpose of monitoring cell lines • Gene transfer for targeted delivery of growth factors of the wound environment Andree(1994)-human epidermal growth factor gene를 particle-mediated 법이나 gene gun technique으로 부분층 창상에 transfer 하였다. EGF 농도가 190배가 증가하고 치유가 20% 빨라졌다. 이 EGF는 5일이상 therapeutic range를 유지하였다. • Microseeding gene transfer 단단한 바늘을 이용하여 피부로 DNA를 전달하는 방법 다른 방법에 비해 몇배높은 성장인자의 발현 in vivo gene transfer of DNA encoding이 훨씬 간단하고 합병증이 적은 방법이다.

37. Wound care

38. Wound debridement • Gauge debridement • Sharp debridement • Chemical debridement Travase(Boots pharmaceuticals) Panafil(Ryston) Granulex(Dow Hickam) collagenase, BiozymeC,fibrinolysins,deoxyribonuclese(Elase), streptokinase, streptodornase

39. Wound dressing • Optimal healing milieu 제공한다. 동통의 경감 • Absorbent dressing 급성-24시간에 최대삼출 만성-48시간에서 72시간에 최대 • Nonadherent dressing paraffin, petroleum jelly 이용한다. Perforated film layer와 absorbent pad의 혼합 • Occlusive dressing 1962 Winter는 moist environment에서 더 나은 치유가 됨을 발견했다. –습한 환경이 창상의 깊이가 깊어지는것을 막을수 있다. Wound fluid를 monitor 할수 있고 창상환경으로 높은 농도의 물질을 전달할수 있다

40. Hydrocolloid & hydrogel dressing occlusion & absorbency 30-35%의 상처치유가 증가 • Medicated dressing zinc-oxide ointment silver sulfadiazine cream benzoyl peroxide allantoin antibiotics(neosporin, bacitracin zinc, neomycin)