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Biomaterials Research (2012) 16(3) : 122-128 122 Biomaterials Research C The Korean Society for Biomaterials 토끼 두개골 결손부에서 가교화된 1 콜라겐 차폐막의 초기 골형성 효과 Early Healing Processes in Guided Bone Regeneration using Cross-linked Type-I Collagen Membrane at Rabbit Calvarial Defect 이은웅·양혜주·황지완·Otgonbayar Unursaikhan·정은주·이중석·정의원·김창성·조규성·최성호* Eun-Ung Lee, Cheryl-Yang, Ji-Wan Hwang, Otgonbayar Unursaikhan, Eun-Joo Jung, Jung-Seok Lee, Ui-Won Jung, Chang-Sung Kim, Kyoo-Sung Cho, and Seong-Ho Choi* 1 연세대학교 치과대학 치주과학교실, 치주조직재생연구소 1 Department of periodontology, Research Institute for Periodontal Regeneration, College of Dentistry, Yonsei University, Seoul 120-752, Korea (Received August 3, 2012/Acccepted August 17, 2012) The aim of this study was to evaluate early healing processes in guided bone regeneration using a cross-linked type- I collagen membrane of 1-ethyl-3-(3- dimethyl aminopropyl) carbodiimide (EDC) at rabbit calvarial defects. Eight male New Zealand rabbits were used and four circular calvarial defects were created. Each of the four defects was filled with different graft materials: 1) collagen membrane, 2) biphasic calcium phosphate, 3) collagen membrane with biphasic calcium phosphate, and 4) nothing as control. The animals were sacrificed following two and four weeks of healing periods. Between two healing periods, collagen membrane was resorbed 28.5% and maintained its original shape and marginal integrity. The collagen membrane group resulted in significantly better defect closure compared to control group (p < 0.05). The augmented area was significantly higher in bone graft material applied groups (p < 0.05). There was no statistical difference in new bone formation between all groups at all healing periods, but vascularization was seemed to be promoted and more new bone formation was observed in superficial layer in col- lagen membrane applied groups. Within the limits of this study, the cross linked collagen membrane maintained its structural integrity and promoted bone regeneration especially in superficial layer. Key words: Bone regeneration, Collagen, Cross linking, Membrane 조골 소실로 인해 보철 수복 임플란트 치료 부족 골량을 보이는 경우가 많으며, 재생을 위하여 유도재생술이 가장 보편적으로 사용되고 있다. 골유도재생술은 골이식술과 달리 결손부 상방을 차폐막으로 피개하며, 단순 골이식만을 시행하는 것에 비하여 골재생에 있어서 좋은 과를 보인다고 알려져 있다. 1) 골유도재생술에 사용되는 차폐막 공간을 유지시키고 혈병이 결손부에서 탈락되는 것을 방지 하며 골조직보다 증식이 빠른 주변의 결합조직이 이주해오는 것을 차단해 골형성을 돕는 역할을 한다. 2) 따라서 성공적인 유도재생술을 위해서는 효과적인 차폐막이 매우 중요하다고 있다. 3) 차폐막은 크게 흡수성 차폐막과 비흡수성 차폐막으로 나눌 있다. 처음 술식이 소개되었을 주로 비흡수성 차폐막 사용되었다. 비흡수성 차폐막은 세포의 이동을 막고 공간을 유지하는 능력이 뛰어나다는 장점이 있으며, 임상적으로도 공적인 결과를 보였다. 4) 하지만 차폐막 노출 빈도가 높고, 폐막이 노출된 경우에 염증반응으로 인해 차폐막의 조기 제거 불가피 하다는 점과 차폐막 제거를 위한 이차수술이 반드시 필요하다는 단점이 있다. 5) 이러한 비흡수성 차폐막의 한계를 보완하기 위하여 최근에는 많은 흡수성 차폐막들이 개발되었고 사용되고 있다. 6-8) 흡수성 차폐막은 차폐막 제거를 위한 추가적인 수술과정이 필요하지 않으므로, 술식이 간편하고 비용이 절감되며 환자의 불편감도 감소한다는 장점이 있다. 9) 흡수성 차폐막의 재료로 가장 많이 사용되는 콜라겐은 생체친화성이 뛰어나고, 면역반응을 일으키 정도가 매우 미약하며 섬유아세포의 이주를 유도해 창상치 유를 촉진시키는 특성이 있다. 10) 또한 다른 흡수성 차폐막과는 달리 콜라겐은 흡수되는 동안 주변 조직에 염증반응을 일으키 않고 11) 결손부 내부의 혈관화를 촉진해 골형성을 돕는다고 알려져 있다. 12) 장기적으로 추적한 연구에서 흡수성 콜라겐 폐막과 비흡수성 차폐막을 사용한 경우의 골재생량을 비교하였 유의할 만한 차이가 없이 차폐막 모두 성공적인 과를 보인다고 보고된 있으며, 13) 흡수성 콜라겐 차폐막은 비흡수성 차폐막의 단점을 보완하면서도 성공적인 임상결과를 * 책임연락저자: [email protected]

1 Early Healing Processes in Guided Bone Regeneration … (3) 122-128.pdf ·  · 2013-08-04Guided Bone Regeneration using Cross-linked Type-I Collagen Membrane 123 Vol. 16, No. 3

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Biomaterials Research (2012) 16(3) : 122-128

122

Biomaterials

Research

C The Korean Society for Biomaterials

토끼 두개골 결손부에서 가교화된 제 1형 콜라겐 차폐막의 초기 골형성 효과

Early Healing Processes in Guided Bone Regeneration usingCross-linked Type-I Collagen Membrane at Rabbit Calvarial Defect

이은웅·양혜주·황지완·Otgonbayar Unursaikhan·정은주·이중석·정의원·김창성·조규성·최성호*

Eun-Ung Lee, Cheryl-Yang, Ji-Wan Hwang, Otgonbayar Unursaikhan, Eun-Joo Jung, Jung-Seok Lee, Ui-Won Jung, Chang-Sung Kim, Kyoo-Sung Cho, and Seong-Ho Choi*

1연세대학교 치과대학 치주과학교실, 치주조직재생연구소1Department of periodontology, Research Institute for Periodontal Regeneration, College of Dentistry, Yonsei University, Seoul120-752, Korea(Received August 3, 2012/Acccepted August 17, 2012)

The aim of this study was to evaluate early healing processes in guided bone regeneration using a cross-linked type-I collagen membrane of 1-ethyl-3-(3- dimethyl aminopropyl) carbodiimide (EDC) at rabbit calvarial defects. Eight maleNew Zealand rabbits were used and four circular calvarial defects were created. Each of the four defects was filledwith different graft materials: 1) collagen membrane, 2) biphasic calcium phosphate, 3) collagen membrane withbiphasic calcium phosphate, and 4) nothing as control. The animals were sacrificed following two and four weeks ofhealing periods. Between two healing periods, collagen membrane was resorbed 28.5% and maintained its originalshape and marginal integrity. The collagen membrane group resulted in significantly better defect closure comparedto control group (p < 0.05). The augmented area was significantly higher in bone graft material applied groups(p < 0.05). There was no statistical difference in new bone formation between all groups at all healing periods, butvascularization was seemed to be promoted and more new bone formation was observed in superficial layer in col-lagen membrane applied groups. Within the limits of this study, the cross linked collagen membrane maintained itsstructural integrity and promoted bone regeneration especially in superficial layer.

Key words: Bone regeneration, Collagen, Cross linking, Membrane

서 론

조골 소실로 인해 보철 수복 및 임플란트 치료 시 부족

한 골량을 보이는 경우가 많으며, 골 재생을 위하여 골

유도재생술이 가장 보편적으로 사용되고 있다. 골유도재생술은

골이식술과 달리 골 결손부 상방을 차폐막으로 피개하며, 단순

히 골이식만을 시행하는 것에 비하여 골재생에 있어서 좋은 결

과를 보인다고 알려져 있다.1) 골유도재생술에 사용되는 차폐막

은 공간을 유지시키고 혈병이 결손부에서 탈락되는 것을 방지

하며 골조직보다 증식이 빠른 주변의 결합조직이 이주해오는

것을 차단해 골형성을 돕는 역할을 한다.2) 따라서 성공적인 골

유도재생술을 위해서는 효과적인 차폐막이 매우 중요하다고 할

수 있다.3)

차폐막은 크게 흡수성 차폐막과 비흡수성 차폐막으로 나눌

수 있다. 처음 이 술식이 소개되었을 때 주로 비흡수성 차폐막

이 사용되었다. 비흡수성 차폐막은 세포의 이동을 막고 공간을

유지하는 능력이 뛰어나다는 장점이 있으며, 임상적으로도 성

공적인 결과를 보였다.4) 하지만 차폐막 노출 빈도가 높고, 차

폐막이 노출된 경우에 염증반응으로 인해 차폐막의 조기 제거

가 불가피 하다는 점과 차폐막 제거를 위한 이차수술이 반드시

필요하다는 단점이 있다.5)

이러한 비흡수성 차폐막의 한계를 보완하기 위하여 최근에는

많은 흡수성 차폐막들이 개발되었고 사용되고 있다.6-8) 흡수성

차폐막은 차폐막 제거를 위한 추가적인 수술과정이 필요하지

않으므로, 술식이 간편하고 비용이 절감되며 환자의 불편감도

감소한다는 장점이 있다.9) 흡수성 차폐막의 재료로 가장 많이

사용되는 콜라겐은 생체친화성이 뛰어나고, 면역반응을 일으키

는 정도가 매우 미약하며 섬유아세포의 이주를 유도해 창상치

유를 촉진시키는 특성이 있다.10) 또한 다른 흡수성 차폐막과는

달리 콜라겐은 흡수되는 동안 주변 조직에 염증반응을 일으키

지 않고11) 결손부 내부의 혈관화를 촉진해 골형성을 돕는다고

알려져 있다.12) 장기적으로 추적한 연구에서 흡수성 콜라겐 차

폐막과 비흡수성 차폐막을 사용한 경우의 골재생량을 비교하였

을 때 유의할 만한 차이가 없이 두 차폐막 모두 성공적인 결

과를 보인다고 보고된 바 있으며,13) 흡수성 콜라겐 차폐막은

비흡수성 차폐막의 단점을 보완하면서도 성공적인 임상결과를*책임연락저자: [email protected]

Guided Bone Regeneration using Cross-linked Type-I Collagen Membrane 123

Vol. 16, No. 3

보이는 것으로 생각된다.

하지만 흡수성 콜라겐 차폐막 자체의 강도가 낮고, 대식세포,

다형핵백혈구와 같은 효소와 치주조직에 존재하는 박테리아에

의한 흡수가 빠르다는 단점이 있다. 이러한 특성은 골형성을 위

한 공간형성 및 유지능력의 부족으로 이어질 수 있고, 큰 결손

부에서는 제한적인 골 재생이 일어날 수 있다.14) 따라서 콜라겐

차폐막의 흡수속도를 늦추기 위하여, ultraviolet radiation,

glutaraldehyde, diphenylphosphoryl-azide와 같은 방법으로 콜

라겐을 가교화시키는 다양한 방법들이 연구, 개발되고 있는 상

황이다.15) 하지만 대부분의 가교화 방법들은 가교화 단계에서 발

생하는 부산물에 의한 세포독성으로 인하여 생체친화성이 떨어

진다는 단점이 있다.16) 콜라겐 차폐막을 가교화 하는 방법중에

서 1-ethyl-3-(3- dimethyl aminopropyl) carbodiimide (EDC)를

이용하는 방법은 효과적으로 콜라겐을 가교화하여서 구조유지능

력을 향상시키면서도, 낮은 세포독성을 보인다고 알려져 있다.17)

본 연구에서는 토끼의 두개골에 형성된 골 결손부에 EDC를

이용하여 가교화된 새로 개발된 콜라겐 차폐막을 이식한 후 시

간경과에 따른 골 형성 효과를 조직계측학적으로 관찰하였다.

재료 및 방법

연구재료

실험 동물

본 연구에서는 생후 9~20개월, 무게 3.0~3.5 kg 사이의 8

마리 토끼(New Zealand white male rabbit)를 사용하였다. 실

험동물의 선정, 관리, 외과적 처치는 연세대학교 의과대학 임상

의학연구센터의 지침에 따라 시행하였다(승인번호: #10-0385).

실험 재료

골결손부 이식재료로 Osteon®(Genoss. Co. Ltd; Suwon,

Korea)를 사용하였고 차단막으로는 1형 콜라겐 차폐막인

Rapiderm tape®(Dalim Tissen Co. Ltd; Seoul, Korea)을 사용

하였다. Osteon®은 biphasic HA/β-TCP로 HA와 TCP의 비율은

7:3이며, 0.5~1.0 mm의 입자크기를 가진다. Rapiderm tape®은

1형 콜라겐을 1-ethyl-3-(dimethyl aminopropul) carbodiimide

(EDC)로 가교화하여 제작한 흡수성 차폐막이다(Figure 1).

연구방법

실험군 설정

토끼 두개골에 8 mm 직경의 원형 결손부를 4개 형성하고

다음과 같이 구분하여 처치하였다.

(1) 대조군: 골 결손부가 혈병으로만 채워지도록 유도

(2) 차폐막군: 골 결손부를 Rapidem tape®으로 피개하여 혈

병으로 채워지도록 유도

(3) 골이식재군: 골 결손부에 Osteon®를 이식

(4) 골이식재, 차폐막군: 골 결손부에 Osteon®를 이식하고

Rapiderm tape®으로 피개

결손부 형성 및 처치

실험동물을 Ketamine hydrochloride(Ketalar®, Yuhan Co.,

Seoul, Korea)와 xylazine(Rumpun®, Bayer Korea Ltd., Seoul,

Korea)으로 전신마취 시켰다. 수술부위를 povidone iodine으로

소독하고 2% lidocaine(LidocaineHCl, Huons, Seoul, Korea)

으로 침윤마취 하였다. 전두골 전방부에서 후방부까지 중앙부

위를 따라 절개하고, 골막을 포함하여 판막을 거상해 두개골을

노출시켰다. 노출된 두개골 부위에 8 mm trephine bur를 이

용하여 뇌경막이 손상되지 않도록 주의하면서 직경 8 mm의

원형 결손부를 4개 형성하였다. 형성된 결손부에 앞서 언급한

실험군에 따라 실험재료를 적용하였고, 골막과 피하조직은 흡

수성 봉합사로, 두피는 4-0 Monosyn®(Glyconate absorbable

monofilament, B-Braun, Aesculap,Inc., PA, USA)으로 봉합하

였다. 수술 후 1주일간 항생제 Gentamicin(5 mg/kg)을 근육주

사하였고, 수술 1주일 후에 발사하였다.

평가방법

임상적 관찰

수술 2주, 4주 후에 수술부위의 특이 사항 및 염증소견, 이

식재의 노출여부, 이상반응을 육안으로 관찰하였다.

조직학적 관찰

수술 2주, 4주 후에 실험동물에 Phenobarbital(100 mg/kg)을

정맥주사하여 희생시킨 후 조직을 채득하였다. 조직을 10% 중

성 포르말린 용액으로 고정시키고 파라핀에 포매하였다. 표본을

7 µm 두께로 절단하고 hematoxylin-eosin (H-E)으로 염색을 하

여 광학현미경 상에서 40배, 200배 배율로 관찰하였다.

조직 계측학적 관찰(Figure 2)

3차원 영상 분석 프로그램(Image-Pro Plus, Media cybernetics,

Silver Spring, Maryland, USA)을 이용하여 다음의 항목을 측

정, 계산하였다.

Figure 1. Scanning electron microscopic images of Rapiderm tepe®.

124 이은웅·양혜주·황지완·Otgonbayar Unursaikhan·정은주·이중석·정의원·김창성·조규성·최성호

Biomaterials Research 2012

(1) 결손부 피개율(Defect closure, %): 결손부 변연간의 거

리와 신생골 변연간 거리의 비율

(2) 잔존 골이식재(Residual particle, mm2): 결손부위에 잔존

해 있는 골이식재의 면적

(3) 조직증대 면적(Total augmented area, mm2): 결손부위

에서의 신생골, 잔존 골이식재, 신생 결합조직, 지방 조

직, 혈관의 면적의 총합

(4) 신생골 면적(New bone, mm2): 결손부위에서 새로 생성

된 골의 면적

(5) 잔존차폐막 면적(Remnant membrane, mm2): 결손부위

상방에 잔존해있는 차폐막의 면적

통계적 분석

SAS 통계분석시스템으로 계측값을 처리하고, two-way analysis

of variance(ANOVA)를 이용하여 각 군의 유의차를 평가하였다.

결 과

임상적 관찰

치유기간동안 모든 동물에서 특이할 만한 염증, 이상소견 및

합병증은 관찰되지 않았다.

조직학적 관찰

대조군(Figure 3)

2주 후 소견에서 적은양의 쐐기모양을 한 신생골이 결손부

변연에서 형성된 것을 관찰할 수 있었다. 신생골은 대부분이

미성숙골이었으며, 결손부의 대부분은 성긴 결합조직으로 채워

져 있었다.

4주 후 소견에서는 2주 소견에 비하여 신생골이 증가하였으

며 좀 더 성숙한 골 구조를 보였다. 대부분 결손부 변연에 인

접하여 신생골 형성이 일어났으며, 일부 조직에서는 결손부 중

앙에서 섬모양의 신생골 형성이 관찰되었다.

차폐막군(Figure 4)

2주 후 소견에서 차폐막은 잘 유지되고 있으나 결손부 중앙

부위에서 약간은 하방으로 함몰되어 있었으며 차폐막 주변으로

혈관 및 적혈구의 침윤이 증가된 것이 관찰되었다. 결손부 변

연과 차폐막을 따라 신생골 형성이 부분적으로 관찰되었다. 신

생골과 기존골의 경계가 명확했으며 신생골은 대조군의 2주 후

소견과 유사한 미성숙골이었다.

4주 후 소견에서 2주 후 소견에 비하여 차폐막이 흡수되어

두께가 감소하였으나, 전체적으로 비교적 균일한 두께와 형태

를 유지하고 있었다. 2주 소견에 비하여 침윤된 적혈구의 양은

감소하였고 성숙한 골 구조를 보였다.

골이식재군(Figure 5)

2주 후 소견에서 결손부 변연부위와 골 이식재 주변으로 신

생골 형성이 일부 관찰되었다. 결손부 변연부위에 형성된 신생

골은 쐐기모양의 형태였고, 골 이식재 주변의 신생골은 골이식

재와 밀접하게 접해있었으며, 골 이식재의 흡수와 함께 신생골

이 골이식재로 침투하는 양상을 보였다.

4주 후 소견에서는 2주 후 소견에 비하여 골 이식재는 좀

Figure 2. Schematic diagram of histometric analysis.

Figure 3. Transversal histologic section of control group at 2 weeks (A, B) and 4 weeks (C, D). Arrow head: defect margin, NB: new bone, OC:osteocyte, OB: osteoblast (H&E stain; original magnification: × 40 [A, C], × 200 [B, D].

Guided Bone Regeneration using Cross-linked Type-I Collagen Membrane 125

Vol. 16, No. 3

더 흡수가 일어났고 형성된 신생골의 양은 증가하였다. 일부

조직 표본에서 결손부 표면이 함몰되면서 성긴 결합조직이 침

투하는 양상과 함께 그 부위의 골 이식재 주변으로는 신생골

이 형성되지 않은 소견을 보였다.

골이식재, 차폐막군(Figure 6)

2주 후 소견에서 차폐막의 외형과 위치는 잘 유지되고 있었

으며, 차폐막 주변으로는 혈관과 적혈구의 침윤이 증가한 것이

관찰되었다. 신생골 형성은 골이식재군의 2주 후 소견과 비슷

한 양상으로 일어났다.

4주 후 소견에서는 차폐막이 2주 후 소견에 비하여 흡수가

일어났으나 비교적 균일한 두께와 형태를 유지하고 있었고 적

혈구의 침윤은 감소하였다. 신생골 형성의 양상은 골이식재군

의 4주 후 소견과 유사하였으나, 결손부 표면은 골이식재군과

는 달리 골 이식재에 인접한 부위에서도 신생골 형성이 다른

부위와 유사하게 일어난 것이 관찰되었다.

조직계측학적 관찰

2주, 4주에서의 결손부 피개율, 잔존 골 이식재, 잔존 차폐막

면적의 자료 및 분석은 Table 1에 기록되어 있다(Table 1).

대조군과 콜라겐 차폐막을 적용한 군에서 결손부 피개율을

계측하였으며, 두 군 모두 2주보다 4주에서 통계적으로 유의

Figure 4. Transversal histologic section of membrane group at 2 weeks (A, B) and 4 weeks (C, D). Arrow head: defect margin, NB: new bone,CM: collagen membrane, BV: blood vessel (H&E stain; original magnification: × 40 [A, C], × 200 [B, D].

Figure 5. Transversal histologic section of bone graft material group at 2 weeks (A, B) and 4 weeks (C, D). Arrow head: defect margin, NB: newbone, RM: residual material, LC: loose connective tissue (H&E stain; original magnification: × 40 [A, C], × 200 [B, D].

126 이은웅·양혜주·황지완·Otgonbayar Unursaikhan·정은주·이중석·정의원·김창성·조규성·최성호

Biomaterials Research 2012

하게 더 많은 골피개가 일어났고(p < 0.05), 두 군을 비교하였

을 때, 4주에서 콜라겐 차폐막을 적용한 군이 대조군보다 통

계적으로 유의하게 결손부 피개율이 높았다(p < 0.05).

골 이식재 잔존량은 실험군간의 비교와 실험기간간의 비교

모두 통계적으로 유의할만한 차이는 없었다.

잔존 차폐막 면적은 2주에 비하여 4주에 통계적으로 유의할

만한 차이로 감소하였으며, 차폐막군은 32%, 골이식재, 차폐막

군은 25% 감소하였다(p < 0.05). 두 군 간에는 통계적으로 유

의할 만한 차이는 없었다.

2주, 4주에서의 결손부 조직증대 면적, 신생골 면적에 대한

자료 및 분석은 Table 2에 기록되어 있다(Table 2).

2주와 4주군에서 골이식재를 사용한 군들(골이식재군, 골이

식재, 차폐막군)에서 골이식재를 사용하지 않은 군들(대조군, 차

폐막군)보다 조직증대 면적이 많았으며, 통계적으로 유의할 만

한 차이가 있었다(p < 0.05).

차폐막군과 골이식재, 차폐막군에서 2주군에 비하여 4주군에

서 통계적으로 유의할 만한 신생골 형성증가를 보였다(p <

0.05). 차폐막군에서 가장 많은 신생골이 형성되었고, 두번째로

는 대조군에서 신생골 형성이 많았다. 골이식재군이 가장 적은

신생골 형성을 보였으나 각 군간의 유의할 만한 차이는 없었다.

고 찰

이번 연구에서 가교화된 콜라겐 차폐막의 골 재생능력을 토

Figure 6. Transversal histologic section of membrane with bone graft material group at 2 weeks (A, B) and 4 weeks (C, D). Arrow head: defectmargin, NB: new bone, CM: collagen membrane, RM: residual material (H&E stain; original magnification: × 40 [A, C], × 200 [B, D].

Table 1. Defect closure, residual particle and residual membrane at 2 and 4 weeks

Parameters ControlMembrane Bone graft

MaterialBone graft material with membrane

2 weeks (n = 4) Defect closure (%)Residual particle (mm2)Remnant Membrane (mm2)

27.8 ± 8,83NANA

32.88 ± 7.07NA

11.44 ± 1.05

NA10.28 ± 1.94

NA

NA009.9 ± 1.0611.00 ± 1.04

4 weeks (n = 4) Defect closure (%)Residual particle (mm2)Remnant Membrane (mm2)

44.18 ± 1.89¥

NANA

73.32 ± 7.75*¥

NA07.76 ± 1.17¥

NA6.97 ± 2.41

NA

NA8.24 ± 1.51

7.51 ± 2.31¥

*: Significant statiscally difference from control group¥: Significant statiscally difference from the same experimental group at 2 weeks

Table 2. Augmented area and new bone at 2 and 4 weeks

Parameters (mm2) Control Membrane Bone graft material Bone graft material with membrane

2 weeks (n = 4) Augmented areaNew bone

08.27 ± 1.801.86 ± 0.84

011.3 ± 5.1602.38 ± 0.55

24.93 ± 5.2*¶

01.39 ± 0.5922.92 ± 5.44*¶

01.57 ± 0.70

4 weeks (n = 4) Augmented areaNew bone

13.38 ± 2.8005.76 ± 2.93

17.87 ± 4.3905.79 ± 1.48§

31.52 ± 5.29*¶

03.24 ± 1.1628.26 ± 4.11*¶

04.21 ± 1.15§

*: Significant statiscally difference from control group¶: Significant statiscally difference from membrane group§: Significant statiscally difference from the same experimental group ant 2 weeks

Guided Bone Regeneration using Cross-linked Type-I Collagen Membrane 127

Vol. 16, No. 3

끼 두개골의 직경 8 mm 결손부를 이용하여 평가하였다. 토끼

의 두개골은 적절한 양의 골수로 구성되어 있어, 새로운 재료의

골 재생능력을 평가하기 위한 연구에 많이 사용되고 있다.18-21)

결손부의 적절한 임계크기는 여러 연구마다 다르며, 일반적으

로 10~15 mm에 해당된다.19-21) 8 mm 크기의 결손부는 골형

성 능력을 평가하기 위한 연구에 사용되는 임계크기 보다는 작

지만,22) 골형성 초기에 일어나는 골유도 능력을 평가하는 데에

는 적절한 크기로 알려져 있다.23) 따라서 8 mm 크기의 결손

부 모델은 이식재에 따라 초기에 일어나는 치유 및 골재생 반

응을 비교, 평가하는데 유용하다고 할 수 있다.22) 따라서 이번

연구에서는 2주 및 4주간의 치유기간 후에 일어나는 골 재생

정도를 8 mm 결손부 모델을 이용하여 평가하였다.

이번 연구의 목적은 새로 개발된 가교화된 콜라겐 차폐막의

골 재생 능력을 평가하는 것으로 EDC를 이용하여 가교화시킨

콜라겐 차폐막을 사용하였다. EDC는 carboxyl group과 primary

amine을 연결하는 역할을 한다. EDC와 carboxyl기가 반응하면,

O-acylisourea가 형성되고, 이것이 primary amine과 반응하여

가교화가 일어나게 된다. 하지만 중간체인 O-acylisourea는 매우

불안정하기 때문에 가교화가 되는 효율이 떨어지며, 이를 보완

하기 위하여 N-hydroxysulfosuccinimide (Sulfo-NHS)를 첨가

하면 불안정한 O-acylisourea를 안정적인 NHS-ester로 변환시

킬 수 있어 가교화의 효율성을 높일 수 있다. 또한 수용성

carbodiimide 계통인 EDC는 기존에 널리 사용되는 가교제인

glutaraldehyde나 polyepoxides와는 달리 linkage의 일부분으로

남지 않고 세포독성이 매우 낮은 수용성 urea 유도체로 변화

되어 세척에 의해 쉽게 제거되어 다른 가교화 방법과는 달리

세포독성이 매우 낮다는 장점이 있다.17,24-27)

본 연구에서, 4주간의 치유기간후 차폐막의 흡수정도는

28.5%였다. 전체적으로 균일하게 흡수가 일어나 외형을 유지

하고 있었으며, 골 결손부 상방으로부터 신생골이 형성되는 것

으로 보아 효과적으로 차단막의 역할을 하였다고 여겨진다.

2008년 Ofer Moses의 쥐의 두개골 결손부를 이용한 실험28)에

의하면, 가교화 되지 않은 콜라겐 차폐막이 2주 후에 약 69%

흡수되었다고 하였으며, 이와 비교하였을 때 EDC 방법으로 가

교화된 콜라겐 차폐막이 비교적 흡수속도가 늦고 긴 기간동안

차폐막 역할을 한다고 볼 수 있다.

2주 치유기간 후 조직학적 소견에서 차폐막을 적용한 경우

에 차폐막 주변으로 혈관 및 적혈구의 침윤이 증가하는 양상

을 보였다. 2008년 Schwarz등은 콜라겐 차폐막이 혈관화를

촉진시켜 골재생에 유리한 환경을 조성하는 장점이 있다고 하

였으며,12) 본 실험의 조직학적 소견과 일치한다고 할 수 있다.

이처럼 이번 실험에 사용된 콜라겐 차폐막은 초기 치유단계

에서 충분한 혈관화로 골재생에 적절한 환경을 조성하고, 가교

화 되어있어 기존의 콜라겐 차폐막보다 오랜기간동안 구조적 안

정성을 유지하므로 골재생에 있어서 유리할 것으로 여겨진다.

본 실험결과에 따르면, 대조군에서는 신생골 형성정도가 미약하

였고, 결손부위는 대부분 섬유성 조직과 지방조직으로 채워져

있었다. 반면에 차폐막 군에서는 골결손부 상부로부터 신생골

이 형성되는 양상을 보였으며, 차폐막이 주변 연조직이 결손부

로 침윤하는 것을 막아 골형성을 촉진한 것으로 생각된다.

EDC를 이용하여 가교화시킨 콜라겐 차폐막의 골재생효과를 정

확히 비교, 평가하기 위해서는 기존에 사용되고 있는 가교화되

지 않은 콜라겐 차폐막과 비교하는 추가실험이 필요할 것으로

생각된다.

흡수성 차폐막의 주요한 단점 중 하나로 흡수가 진행되면서

기계적 강도가 감소해 공간유지능력이 떨어진다는 점이 있다.29)

비흡수성 차폐막과 비교하였을 때, 흡수성 차폐막은 강도가 떨

어지므로, 흡수성 차폐막 하방에 골이식재를 적용하여 차단막

을 지지하는 방법이 추천되고 있다.18) 골이식재와 흡수성 차폐

막을 같이 사용하여 골유도재생술을 시행하면, 비흡수성 차폐

막을 사용한 경우와 비슷한 골재생 효과를 보인다고 알려져 있

으며1,30,31) 본 연구에서도, 차폐막만 적용한 경우의 조직증대

면적이 차폐막과 골이식재 모두 적용한 경우보다 통계적으로

유의할 만한 차이로 적은 결과를 보였다. 따라서 차폐막만 사

용할 경우에는 공간유지가 잘 되지 않으므로 흡수성 차폐막을

이용하여 골유도재생술을 시행하는 경우에는 골이식재를 같이

사용해야 할 것으로 생각된다.

골이식재만 적용한 군과 골이식재 및 차폐막을 적용한 군의

조직증대 면적 및 신생골 형성양은 통계적으로 차이가 없었다.

하지만 조직학적 소견에 의하면, 골이식재만 사용한 경우, 차폐

막을 같이 사용한 경우와 다르게 연조직의 침투 및 결손부 표

면의 흠이 관찰되었고, 표면부위 골이식재 주변에서는 골재생

이 저해된 것을 볼 수 있었다. 따라서 차폐막을 사용하지 않을

경우 결손부 표면부위에서 연조직의 침투로 인한 골형성 저해

가 일어나므로, 차폐막을 사용하는 것이 더 많은 골재생을 얻

을 수 있을 것으로 생각된다.

결 론

이번 연구에서 토끼 두개골 결손부를 이용하여 새로 개발된

콜라겐 차폐막의 재생효과를 평가하였다. 본 연구에서 사용된

가교화된 콜라겐 차폐막은 기존의 가교화되지 않은 차폐막보다

흡수속도가 느리며, 오랜기간동안 차폐막의 기능을 수행해 결

손부 내부뿐만 아니라 표면부위에서도 골재생이 효과적으로 일

어나도록 돕는 것으로 생각된다. 하지만 공간유지능력이 부족

해 효과적인 골재생을 이루기 위해서는 골이식재와 함께 사용

해야 할 것으로 여겨진다.

감사의 글

본 연구는 보건복지부 보건의료연구개발사업의 지원에 의하

여 이루어진 것임(A101578).

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