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골다공증(osteoporosis)

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작성자 두열바이오텍 작성일15-12-08 19:34 조회4,494회

본문

 

골다공증의 증세와 골다공증 모델을 알아 보겠습니다.

 

골다공증의 원인

 

1형 골다공증- 폐경 후 에스트로겐의 결핍, 급격한 골량의 감소 등의 이유로 생기는 골다공증

2형 골다공증- 노인성, 나이가 들어감에 따라 점진적인 골밀도의 감소

그외 - 약물의 남용, 무분별한 다이어트, 신장, 당뇨, 갑상선등의 비대증, 조기 폐경, 난소 절제 등 질병의 이유나 호르몬의 불균형, 유전적 요인 등 복합적이고 다양한 이유로 인해 발생 한다.

 

골다공증이란?

 뼈는 신체를 지지하고 장기를 보호하며 미네랄을 저장하여 생체 미네랄 밸런스(mineral balance)를 유지하는 역할을 한다. 또한 뼈는 평생 동안 조골세포(골아세포, osteoblast)와 파골세포(osteoclast)에 의하여 생성되고 분해되는 동적 조직이다.

골다공증은 뼈의 미네랄이나 골기질의 조성 변화 없이 단위 용적내의 골밀도의 감소 및 미세 골 구조(microarchtectural bone tissue)의 약화를 의미한다.

정상적인 골조직은 조골세포와 파골세포의 균형으로 골량(bone mass)이 유지되지만, 어떤 원인으로 균형이 깨져서 골 흡수가 골 형성을 넘어서는 경우 골밀도의 감소로 인하여 골다공증으로 진행한다.

골다공증 실험의 목적

 현존 치료제로는 estrogen, calcitonin, ipriflavone, bisphosphonate등이 있으나 이들은 뼈의 손실은 억제하지만 손실된 골질량을 회복시키지는 못하고 장기복용 시 치명적 합병증의 유발을 초래함으로 전통 식품이나 한약제등의 천연물에서 해결점을 찾기 위해 연구가 지속적으로 시행되고 있다.

 

 

실험동물 모델

1. 6~8개월의 고령의 설치류 (더 이상의 고주령의 설치류는 장 기간의 실험을 감안하면 폐사 가능성이 높아 진다.)

2. 난소적출모델 (Rat 에서 ​10%의 골밀도 감소에 약 20주 이상이 소요 된다.

3. 하지 부동화 모델

a. 좌골신경절제- 한쪽의 대퇴부(허벅지)의 좌골신경 1~5mm 절단, Sham operation 실시

​b. 근육절제

4. 저 칼륨식이 모델- 비 수술 방식으로 식이 조절 시 10~13주 후 발병되나 단독 실험에서 유의성 있는 데이터를 얻기 힘들다.

5. SAMP6- 노화촉진 자연 발증 

 

실험에 있어서 확실한 유의성을 보기 위해서는 난소적출 수술과 하지 부동화 수술을 한 고령의 설치류에 저 칼슘식이를 급여한 모델이 가장 이상적이나 일반적으로 5~8주령의 설치류에 난소적출 수술을 하여 저 칼슘식이를 급여한 모델을 사용한다.

 일반적으로 수술 성공 률, 실험 진행의 편의, 결과의 유의성을 크게 보기 위하여 Rat(SD)를 많이 사용하나, 천연물 등 고가의 시료가 투여되거나 충분한 테크닉을 보유한 Lab에서는 ddy ICR등의 Mouse를 주로 사용한다 실험군의 N수 증가에 유리

-마우스를 사용 시 골량의 시각적, 중량적 변화 관찰과 골 강도의 측정이 어려워 호르몬이나 혈액, 뇨의 생화학 수치 정도로 정보가 제한된다.

실험군의 형성



실험 군의 형성-prevention study​​​​ + therapeutic​​​​

1.     대조군(예방군+치료군) + 난소적출군, 하지 부동화(예방군+치료군)

2.     Sham(예방군+치료군) + 난소적출군, 하지 부동화(예방군+치료군)

3.     대조군(예방군+치료군) + Sham(예방군+치료군) + 난소적출군, 하지 부동화(예방군+치료군)

난소 적출군

 

1.     OVX-ovariectomized(실험 군: 난소 적출)

2.     SH-sham (대조 군: 개복 후 난소적출, 부동화 없이 봉합)

* sham operation animals- 동물실험에서 수술 등을 하고 어떠한 처리를 할 때 똑 같이 마취시키고 배를 가른 다음 수술 대상을 확인만하고 다시 봉합하여 회복하는 동물. 이런 동물을 사용하면 수술하는 동안에 생길 수 있는 영향에 의한 요인을 실험군과 대조군이 공유할 수 있는 장점이 있다.

*수술 후 7~10일 후에 상처가 아물며, 이후 15~20일 내에 체중이 증가하기 시작-비만 모델로도 사용가능

*수술 후 4~5주 후 발병, 8~24주간 실험

 

8주 후에 심장 채혈로 sacrifice​​​​ 시켜 장기 적출 후 장기 무게를 계측하고 뼈(대톼골femur, 경골tibia)를 발골하여 골 밀도 및 뼈의 강도를 측정-20도에서 보관

 

​​

*골다공증의 관찰

1.     tibia BMD(bone mineral density)

 

 A.     *골 밀도(BMD) 측정 QCT, DEXA

 B.     QCT: 경골 말단의 해면골조직(tibia trabecular bone area)을 생존 및 죽인 후 조사, 신뢰성 떨어짐, 고가의 장비, 스캔 후 사진으로 표시UTA III, UMAX-이미지에서 성장판의 해면골 면적 및 전체 면적을 측정, %비율로 표시

 C.     DEXA: 실험 중간 중간에 동물을 죽여가며 측정해야 하기에 많은 개체를 유지해야 함, 죽인 후 경골을 적출 측정, 수치로 표시

 

2.     강도 테스트(Failure load) - bone strength tester, kg

 

3.     건조 가열 회화한 뼈의 무게-대조군의 무게가 가장 무겁다.

대조군 > 하지 부동화 > 난소적출 > 난소적출+하지 부동화

 

4.     혈액과 뇨, 뼈에서의 Ca & P 함유 비의 변화(automated gamma counter) 혈액과 뇨, 뼈에서 양의 증감은 관찰되나 함유비의 변화는 거의 없다

5.     혈액과 뇨, 뼈에서의 Pyridinoline, Deoxypyridinoline-파골세포에 의해 뼈의 type1 콜라겐이 분해될 때 혈중과 소변으로 유리, 뼈에서 Pyr D-Pyr보 3배 가량 존재하며 골 대사 지표로 활용

 

6.     Tibia Mineral Contents-dried at 120 for 8h, carbonated at 800℃ for 6h.

 Ca/P ratio (%) = (Tibia Ca content/Tibia P content)*100

 

7.     TBT(trabecular bone Thickness)&TGL(length)-후지 경골의 두께 및 길이

 

8.     Hind limb thickness & length-후지 종아리뼈의 두께 및 길이

       Difference (mm) = thickness of left calf thickness of right calf

 

9.     CBT(Cortical Bone Thickness) 성장점 부위의 두께-microscopy

 

10.  TBV(trabecular bone volume 해면골조직면적-%)-by microscopy, 골다공증 진행 시 면적 비율이 낮아진다.

 

11.  histomorphometry 골 구조의 변화

골다공증실험의 주의사항

채뇨 시점 외에는 와이어 케이지 사용 금지-스트레스

 

혈액과 뇨의측정

혈액-실험 개시 날 혈액 채혈 후 임의의 기간 동안 계속 채혈하여 기간 별 혈액 내 칼슘과 인의 양을 측정함-20도에서 보관

-실험 개시 날 채뇨 후 임의의 기간 동안 계속 채뇨, 갈색 병에 12~24시간을 채집하여 크레아틴을 측정-햇빛 차단하며 -20도에서 보관

실험군의 혈청과 뇨에서 칼슘과 무기인인 상승이 두드러진다

Creatinine Creatinine Kit를 사용하여 측정하며 Pyridinoline, Deoxypyridinoline의 양을 보정하는데 사용한다.

Pyridinoline, Deoxypyridinoline-피부와 같은 여타 조직에는 거의 없고 뼈의 nature collagen에 다량 존재하며 파골세포에 의해 뼈의 type1 콜라겐이 분해될 때 혈중과 소변으로 유리되며 난소절제군에서 약 20% 증가, D-Pyr은 중요 골 대사 지표로 활용

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정상 군과 수술 군의 체중 증가 비교


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해면골 조직 면적 측정 이미지

 

 

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