프락셔널 레이저(Er:glass)를 조사한 무모생쥐에서 교원질 합성 및 TGF-β1 발현 변화

Abstract

최근 광노화 피부 및 여드름 흉터에 레이저를 이용한 심부 진피 재생치료법이 널리 사용되고 있다. 이러한 레이저에는 치료 효과 면에서는 우수하나, 색소침착, 감염 및 흉터 등과 같은 여러 부작용을 초래할 수 있는 박피 레이저와, 선택적으로 진피에 열 손상을 줄 수는 있으나, 치료 효과는 떨어지는 비박피 레이저가 있다. 이러한 레이저의 장단점을 보완하여 프락셔널 레이저라는 새로운 모델의 레이저가 개발되었다. 프락셔널 레이저는 표피와 진피에 일정한 간격의 미세열 치료구역(microthermal treatment zone, MTZ)을 조밀하게 생성하여 피부 재생을 촉진시키는 것이 그 원리이다. 이 연구는 한국전기연구원에서 개발한 1,550 nm의 어븀 글라스(Er: glass) 프락셔널 레이저를 이용하여 무모생쥐의 등에 레이저 조사 후 진피 내 교원질의 합성 증가를 알아보고, 교원질 발현 조절에 관여하는 대표적 사이토카인인 TGF-β1의 발현 양상을 분석하고자 하였다. 무모생쥐의 등에 5 W 5 mJ부터 20 W 20 mJ까지의 에너지를 조사한 후 MTZ의 표피 변화를 육안으로 관찰하였다. 이 연구에서 레이저 조사의 영향을 연구하기 위해 H&E 염색 및 Masson-trichrome 특수 염색을 시행하였으며 표피와 진피의 MTZ 투과 깊이는 레이저 조사 1일 후 관찰하였고, 이후 진피 내 교원질 합성은 레이저 1회 조사 후 30일 경과한 그룹과 총 2회 조사 후 90일 경과한 그룹으로 나누어 관찰하였다. TGF-β1의 발현과 진피 내 교원질의 약 85%를 차지하는 제 1형 교원질의 발현 양상은 면역조직화학염색 및 Western blot 기법으로 분석하였다. 육안으로 관찰한 표피의 MTZ는 조사한 에너지가 증가할수록 부종으로 인해 명확히 구분되었고, 정상 피부 간격이 좁아졌으며, 20 W 20 mJ의 에너지에서는 일부 화상 부위가 관찰되었다. 레이저 조사 1일 후 MTZ의 투과 깊이는 에너지가 증가할수록 깊어졌고, 레이저를 1회 조사한 그룹과 2회 조사한 그룹 모두에서 조사한 에너지에 비례하여 진피 두께가 두꺼워졌으며, 교원질이 조밀하게 염색되었다. 면역조직화학염색에서 조사 1일 후 에너지가 증가함에 따라 TGF-β1의 발현이 증가한 반면, 30일, 90일로 시간이 지날수록 발현 양은 감소하였고, 조사 1일 후 진피의 다른 부위보다 MTZ 기둥 주위에서 TGF-β1의 발현이 증가하였다. 레이저 1회 조사 30일 후, Western blot 기법을 통해 알아본 제 1형 교원질의 발현은 에너지에 비례하여 증가한 반면, TGF-β1의 발현은 5 W 5 mJ에서부터 발현이 증가하였으며 대체로 증가된 발현이 유지되었다. 이 연구 결과는 피부에 조사한 어븀 글라스 프락셔널 레이저는 TGF-β1의 발현 증가를 통해 진피내 교원질의 합성을 증가시켜 진피의 두께 증가를 유도함을 시사한다. 이는 프락셔널 레이저를 이용한 심부진피 재생치료법의 기전을 이해하는데 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대한다. Recently, many dermatologists have been using the laser for deep dermal regeneraton on photoaged skin and acne scar. Non-ablative laser and ablative laser are currently well-established treatment modalities for rejuvenating skin. Ablative laser is known to be the most effective, however significant side effects have reported such as pigmentary changes, infection, and scarring. Selective thermal damage in dermis is achived by non-ablative laser, but the efficacy of non-ablative laser is limited compare to ablative laser. Therefore, fractional laser was recently introduced as a new concept for laser skin rejuvenation, complementing positive effects, and compensating side-effects. Fractional laser induces neocollagenesis, enhancing the efficacy of laser and decreases the downtime by creating a dense pattern of epidermal and dermal microthermal treatment zone (MTZ). The purpose of this study is to investigate the collagen synthesis in dermis and TGF-β1 expression, which is a typical cytokine for collagen synthesis, by radiating 1,550 nm erbium:glass (Er:glass) fractional laser developed by SOI-KOREA center, Korea. Fractional laser was irradiated on the hairless mice by several power densities from 5 W 5 mJ to 20 W 20 mJ and examined the gross change of epidermal MTZ. In this study, H&E and Masson-trichrome staining were performed to investigate the influences of laser irradiation. The depth of microthermal treatment zone (MTZ) of epidermis and dermis was examined 1 day after irradiation. Thereafter, collagen synthesis in dermis was examined 30 days after single irradiation and 90 days after twice. We analyzed the expression of TGF-β1 and type I collagen which account for 85% of collagen by using immunohistochemistry and Western blot analysis. ross evaluation of epidermal MTZ was well demarcated due to swelling and became narrower between the MTZs in energy-dependent manner. 20 W 20 mJ of fractional laser made erosions and burned back of hairless mice in few cases. Depths of microthermal treatment zone on 1 day were increased by energy-dependent manner and stain of dermis got darker and thicker dependently, as energy increased in one and two times fractional laser treated hairless mice. Expressions of TGF-β1 were increased in fractional laser treated hairless mice on day 1, especially around the MTZ as the energy increased, but expressions of TGF-β1 on days 30 and 90 has decreased over time. Expressions of type I collagen were increased by energy-dependent manner but 30 days following one time treated laser, TGF-β1 were increased and maintained its expression on 5 W 5 mJ on Western blot analysis. This result suggests that fractional laser (Er:glass) induces collagen synthesis by up-regulating TGF-β1 expression, thereby increasing the thickness of dermis. It would be important basic data to understanding of deep dermal remodeling treatment mechanism using fractional laser.