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문제 정의
- 본 고찰에서는 현재 사용되고 있는 지대주의 재료에 따른 세포 및 연조직반응과 박테리아의 부착, 표면특성의 개선을 위한 다양한 방법들에 대해 살펴보고 지대주의 임상적인 특성 및 맞춤형 지대주에 대해 알아보고자 한다.
제안 방법
- Yamane 등23은 티타늄, 지르코니아. 알루미나, 금합금 디스크를 구강 내에 위치시켜 박테리아의 부착을 평가하였다. 그 결과 재료간의 차이는 없었고 대상숙주에 따른 차이만 존재하였다.
- 하지만 현재까지 맞춤형 지대주의 제작 후 세척방법에 대한 연구는 많지 않은 실정이다. 현재 제안되는 방법은 스팀분사, 초음파 세척, 아르곤 플라즈마 처리가 있다.
성능/효과
- 18 Van Brakel 등19은 티타늄과 지르코니아에서 박테리아의 집락화와 점막에 대한 영향을 평가하였다. 3개월 후 임상적인 지표에서 지르코니아가 더 작은 치주낭깊이(pocket depth)만 나타냈을 뿐 그 외는 큰 차이를 보이지 않았다. 이 연구에서 치주질환의 원인이 되는 박테리아 종들의 표면 증식을 비교 시 표면에 따른 차이는 존재하지 않았으며, 유의한 차이를 보이지 않은 원인이 Bollen과 Quirynen 등20이 제시한 세포 부착은 증진시키면서 박테리아부착은 감소시키는 최적 거칠기인 0.
- Bråmemark (Nobel Biocare, Gothenburg, Sweden), Astra (AstraTech, Molndal, Sweden), IMZ (Friatec, Manngeim, Germany), Steri-Oss (DiamoDent, Anaheim, USA) 등의 4개 지대주 표면은 기계절삭된 티타늄 표면으로 확대하였을 때 절삭흔(turning mark)이 관찰되나 POI (Kyocera, Kyoto, Japan) 지대주는 양극산화처리를 한 티타늄합금으로 등 방성(isotropic) 표면을 보였다. 5개의 지대주에서 유사한 표면거칠기를 보이지만 화학적 조성 분석 시 POI 지대주만 양극산화에 의해 상대적으로 두꺼운 산화막층을 보였다. 이는 세포 및 박테리아의 부착과 관계되어 영향을 미칠 수 있다.
- Li 등32은 은나노입자를 포함하는 티타늄의 항균작용에 대한 연구를 진행하였다. 그 결과 뛰어난 항균작용 및 박테리아 부착을 막는 효과를 확인하였으며 섬유아세포의 분화를 촉진하는 것을 확인하였다. 그 외에도 다양한 항균성 물질을 처리하는 방법에 대한 연구도 진행되고 있으나 아직 그 효율성과 적용성에 대해서는 완전히 해결되지 않았다.
- ceramics), 금합금 등 세 가지 재료의 지대주를 비교하였다. 그 결과 티타늄과 세라믹은 유사한 점막부착과 조직학적 소견을 보였지만, 금합금 지대주는 상대적으로 약한 연조직 부착을 보여 치은퇴축과 변연골소실이 상대적으로 크게 나타났다. 오랫동안 구강 내에서 유지된 금합금 지대주와 티타늄 지대주의 반응을 보면 임상적으로 차이가 나는 경우가 많다(Fig.
- 두 종류의 지대주 표면특성 분석 시, 거칠기는 0.2 µm로 유사한 평균 표면거칠기값을 나타내며 접촉각 비교 시 수적시험에서 모두 50도 이하로 친수성의 표면을 갖고 있었으며 비극성의 요오드화메틸렌(diiodomethane)으로 평가 시 티타늄이 가장 소액 성(lyophobic)을 보였다.
- 0 mm 간격이 필요하며, 협측보다 설측으로 위치하는 것이 유리하다. 둘째, 임플란트와 지대주 연결이 platform switching 형태일 때 연조직 보존에 더 유리하다. 셋째, 협측 골두께가 1.
- 은 다음과 같이 정리하였다. 먼저, 임플란트의 3차원적인 위치로 인접치와 최소 1.5 - 2.0 mm 간격이 필요하며, 협측보다 설측으로 위치하는 것이 유리하다. 둘째, 임플란트와 지대주 연결이 platform switching 형태일 때 연조직 보존에 더 유리하다.
- 2 µm로 유사한 평균 표면거칠기값을 나타내며 접촉각 비교 시 수적시험에서 모두 50도 이하로 친수성의 표면을 갖고 있었으며 비극성의 요오드화메틸렌(diiodomethane)으로 평가 시 티타늄이 가장 소액 성(lyophobic)을 보였다. 박테리아의 증식과 관련하여 두 재료에 따른 차이는 없었지만 부착형태를 공촛점 레이저 현미경으로 관찰 시 F. nucleatum이 티타늄 표면에서 상대적으로 많이 관찰되며 생물량(biomass) 측정 시에는 지르코니아 표면에서 적은 박테리아 증식을 보였다. 티타늄과 지르코니아 두 재료는 대부분 실험에서 우수한 반응을 보이며 티타늄이 지르코니아에 비해서 높은 박테리아 부착을 보이는 경우도 존재하였는데 이는 전기전도성과 표면에너지 차이로 인해 발생한 것으로 생각할 수 있다.
- 이는 산화된 표면이 비슷한 표면거칠기이지만 나노단위에서는 복잡한 표면특성을 가지는 것으로 볼 수 있다. 섬유아세포의 증식 형태를 살펴보면, 산화된 표면에서 더 발달된 부착형태인 사상위족(filopodia), 층상위족(lamellipodia)형태로 세포분화가 일어나 우수한 세포부착 형태를 보였고 섬유아세포의 세포골격(actin cytoskeleton)의 형광염색 관찰 시 산화된 표면에서 방향성을 갖지 않는 더 퍼진 형태의 우수한 부착이 관찰되었다. 세포증식분석에서도 산화된 표면에서 세포증식이 유의하게 높게 나타났고 7일 배양 시에 산화된 표면에서 제 1형 콜라겐 합성이 유의하게 높은 값을 보였다.
- 섬유아세포의 증식 형태를 살펴보면, 산화된 표면에서 더 발달된 부착형태인 사상위족(filopodia), 층상위족(lamellipodia)형태로 세포분화가 일어나 우수한 세포부착 형태를 보였고 섬유아세포의 세포골격(actin cytoskeleton)의 형광염색 관찰 시 산화된 표면에서 방향성을 갖지 않는 더 퍼진 형태의 우수한 부착이 관찰되었다. 세포증식분석에서도 산화된 표면에서 세포증식이 유의하게 높게 나타났고 7일 배양 시에 산화된 표면에서 제 1형 콜라겐 합성이 유의하게 높은 값을 보였다. 정리하면 티타늄 표면의 양극산화처리는 세포부착의 질을 우수하게 하며 세포증식과 세포부착과 관계된 제1형 콜라겐의 합성을 증진시킬 수 있다.
- 둘째, 임플란트와 지대주 연결이 platform switching 형태일 때 연조직 보존에 더 유리하다. 셋째, 협측 골두께가 1.8 mm 이상이 되어야 하므로 전치부에서 보통 직경 4 mm 이하의 임플란트가 적절하다. 넷째, 치은두께가 1 - 1.
- 8 nm), 연마하여 평활한 표면(Ti: 69 nm), 압축공기입자연마(airborne-particle abrasion) 시행한 거친 표면(Ti: 1514 nm, Zr: 1021 nm)에 대한 섬유아세포와 상피세포의 반응에 대해 평가하였다. 연조직 부착의 초기에 관여하는 것으로 알려진 섬유아세포의 증식 속도는 지르코니아 표면이 티타늄 표면보다 우수하게 나타났다. 재료 내의 표면거칠기에 따른 비교 시 지르코니아 표면에서는 거친 표면에서 더 높은 증식을 보이나 티타늄 표면은 평활한 표면에서 더 높은 증식을 보여 표면 재료에 따라 표면거칠기가 세포반응에 미치는 영향이 상이한 결과를 보였다.
- Rutkunas 등14은 티타늄, 지르코니아, 비귀금속 합금(Cr-Co, 30 nm), 금합금(약 30 nm)의 4가지 재료에 대해 비교하면서 이중 티타늄(연마처리: 약 30 nm, 압축공기입자: 790 nm)과 지르코니아(연마처리: 110 nm, 암축공기입자: 480 nm)는 표면처리(연마처리한 평활한 표면, 압축공기 입자연마한 거친 표면)를 달리하여 섬유아세포의 반응을 비교하였다. 이 연구에서 세포증식정도를 평가하였는데 티타늄과 지르코니아 표면에 비해 비귀금속 합금(Cr-Co)과 금합금의 표면에서 상대적으로 낮은 세포증식을 보이며, 120시간 배양 후에는 비귀금속 합금(Cr-Co)만 유의하게 낮은 세포증식을 나타내고 티타늄에서 가장 우수한 반응을 보였다고 보고하였다.
- 이 연구에서 치주질환의 원인이 되는 박테리아 종들의 표면 증식을 비교 시 표면에 따른 차이는 존재하지 않았으며, 유의한 차이를 보이지 않은 원인이 Bollen과 Quirynen 등20이 제시한 세포 부착은 증진시키면서 박테리아부착은 감소시키는 최적 거칠기인 0.2 µm의 표면을 부여했기 때문이라고 설명하였다.
- 4). 이러한 내용들을 정리해보면 금합금의 경우 높은 극성의 표면에너지와 낮은 비극성의 표면에너지로 인해 초기 박테리아종(Streptococci)의 집락화가 상대적으로 크게 나타났다. 티타늄과 지르코니아는 대부분 연구에서 유사하게 낮은 박테리아 축적도를 나타냈으나 일부 연구에서 티타늄이 지르코니아에 비해 높은 박테리아 축적도를 보였는데 이는 티타늄의 전기전도도와 표면 자유에너지, 친수성이 지르코니아에 비해 높은 것이 원인으로 보인다.
- 이상의 지대주 재료에 따른 세포반응에 대한 연구들을 정리하면, 금합금은 티타늄과 지르코니아에 비해 낮은 세포증식과 염증상태의 세포 및 기질분비가 관찰되지만, 표면을 잘 조절하면 충분히 안정적이다. 금합금이 지대주재료로 적합한지 여부를 결론짓기는 어렵지만 티타늄과 지르코니아에 비해서는 상대적으로 세포반응이 열등하므로, 금합금 지대주 주위 연조직에서 반복적인 염증소견이 관찰되는 경우 티타늄이나 지르코니아 등 다른 지대주 재료로의 교체를 고려하는 것이 낫다.
- 연조직 부착의 초기에 관여하는 것으로 알려진 섬유아세포의 증식 속도는 지르코니아 표면이 티타늄 표면보다 우수하게 나타났다. 재료 내의 표면거칠기에 따른 비교 시 지르코니아 표면에서는 거친 표면에서 더 높은 증식을 보이나 티타늄 표면은 평활한 표면에서 더 높은 증식을 보여 표면 재료에 따라 표면거칠기가 세포반응에 미치는 영향이 상이한 결과를 보였다. 상피세포는 압축공기입자연마를 시행한 거친 티타늄 표면에서 가장 높은 증식을 보였다.
- 은 티타늄과 지르코니아의 표면을 기계 절삭된 상태의 거친 표면(rough surface)과 연마 시행한 평활한 표면 (smooth surface)으로 나누어 비교하였다. 주사전자현미경 관찰 시 연마 시행한 평활한 티타늄 표면에서 섬유아세포의 부착형태가 우수하게 관찰되었고 세포증식에서는 절삭된 상태의 거친 표면에서 절삭선(machined line)을 따라 증식하는 것 이외에는 모든 표면에서 유의한 차이가 없었다. 표면이 거친 실험군에서는 세포부착력 평가 시에도 표면처리에 따른 유의한 차이가 관찰되지 않았다.
- 나노홈을 형성한 군이 대조군보다 상피세포의 부착과 섬유아세포의 증식을 증진시켰다. 주사전자현미경을 통해 세포의 부착형태를 관찰한 결과 나노홈을 형성한 표면에서 사상위족과 층상위족 형상의 우수한 세포부착이 관찰되었다. 이를 통해 레이저를 이용한 나노홈의 형성은 상피의 초기부착을 증진 시키며 섬유아세포의 증식을 증진시키고 부착의 질을 향상시킨다고 할 수 있다.
- 티타늄과 지르코니아는 모두 화학적으로 안정되어 있으며 우수한 생체적합성을 가져 금합금이나 비귀금속 합금에 비해 우수한 세포반응을 보이지만 물리적, 화학적 성질 차이가 존재할 수 있어 구체적인 반응은 조건에 따라 차이가 있다. 지대주의 표면거칠기에 따른 세포반응은 세포종류에 따라 다른데, 결합조직의 생성에 관여하는 섬유아세포는 평활한 표면에서 부착이 촉진되나 거친 표면에서 증식이 우세하며, 이와 반대로 상피세포는 평활한 표면에서 접착과 증식이 모두 우세하게 나타나는 특성을 보였다. 따라서 표면거칠기에 따른 세포의 반응은 세포의 부착메커니즘에 대한 종합적인 이해와 고려가 필요하다 하겠다.
- 금합금의 경우 낮은 표면에너지를 지니며 안정적인 치과재료로 수복물에 널리 사용되고 있으나, 티타늄과 지르코니아와 비교 시 세포반응과 연조직의 조직학적 소견 및 박테리아 부착에서 상대적으로 취약한 결과를 보였다. 티타늄과 지르코니아는 물리, 화학적으로 안정적이며 생체적합성이 뛰어나 우수한 반응을 보여 금합금에 비해서 효과적으로 임플란트 주위조직을 보호할 수 있을 것으로 보인다. 임플란트 지대주의 성질개선을 위한 부가적인 표면처리 방법들이 제안되고 있으며 그 방법으로 양극산화, 레이저 표면처리와 같은 나노단위의 표면처리방법과 살균작용을 갖는 생체분자를 이용한 다양한 방법들이 제시되고 있으며 이에 대한 더 많은 연구들이 필요할 것으로 보인다.
- Kim 등24은 초기 부착에 관여하는 Streptococci 종의 티타늄, 지르코니아, 알루미나-지르코니아, 금합금에 대한 부착을 비교하였다. 표면거칠기는 모두 5 nm미만으로 평활한 표면이며 접촉각에 대해서는 금합금이 가장 높은 극성과 낮은 비극성을 보이며 높은 표면에너지를 가졌다. 박테리아 부착 평가 시, 금합금에서 가장 높은 초기 박테리아의 집락화가 나타났는데, 이는 높은 극성의 표면 자유에너지로 인해 강한 박테리아의 부착이 일어난 것으로 보인다.
- 표면거칠기의 경우 모두 평활한 표면(Sa < 0.5 nm, Zr: 19 nm, composite resin coating on Ti : 390 nm, 나머지 표본: 약 220 nm)으로 세포반응에 영향을 미치지 않았으며, 표면에너지를 나타내는 접촉각은 섬유아세포의 부착 및 증식에 영향을 미치는데 낮은 접촉각을 갖는 표면(TiN코팅한 티타늄, 양극산화한 티타늄, 지르코니아)에서 우수한 세포반응을 보였다.
후속연구
- 지대주의 표면처리방법과 그 영향을 요약하면 양극산화처리는 표면의 지형학적 특성과 화학적인 성분을 변화 시킴으로써 세포반응 변화를 유도하여 생체적합성을 변화시킬 수 있으며, 레이저 표면처리는 조직과 반응하는 미세구조를 변화시켜 연조직반응을 향상시킴으로써 계면으로의 섬유조직 침범을 막아 장기적인 임플란트 주위 조직의 안정성을 증진시킬 가능성이 있다. 그 외에도 나노단위의 표면처리를 이용하는 방법도 점차적으로 증가하고 있어 더 많은 연구가 필요하다.
- Canullo 등42은 아르곤 플라즈마 방식의 후처리에 비해 스팀분사방식 지대주를 체결한 경우에 임플란트 주변골소실이 더 크다고 하였다. 물론 이 연구에서 그 차이는 크지 않으나 임상적으로 문제를 유발할 가능성을 완전히 배제할 수 없으므로 이러한 세척이 끼치는 임상적인 결과에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
- 티타늄과 지르코니아는 물리, 화학적으로 안정적이며 생체적합성이 뛰어나 우수한 반응을 보여 금합금에 비해서 효과적으로 임플란트 주위조직을 보호할 수 있을 것으로 보인다. 임플란트 지대주의 성질개선을 위한 부가적인 표면처리 방법들이 제안되고 있으며 그 방법으로 양극산화, 레이저 표면처리와 같은 나노단위의 표면처리방법과 살균작용을 갖는 생체분자를 이용한 다양한 방법들이 제시되고 있으며 이에 대한 더 많은 연구들이 필요할 것으로 보인다. 지대주의 형태나 연결방법도 연조직반응에 영향을 끼치며 platform switching 및 오목한 형태를 가진 지대주를 사용하고 반복적인 지대주착탈을 피해야 한다.
- 티타늄과 지르코니아는 대부분 연구에서 유사하게 낮은 박테리아 축적도를 나타냈으나 일부 연구에서 티타늄이 지르코니아에 비해 높은 박테리아 축적도를 보였는데 이는 티타늄의 전기전도도와 표면 자유에너지, 친수성이 지르코니아에 비해 높은 것이 원인으로 보인다. 티타늄의 표면거칠기가 증가하거나 화학적인 개질에 의해서도 박테리아 축적도가 높아질 수 있으므로 구강 내에 노출되는 부분은 가급적 평활한 표면을 지니고 재료 자체의 성질만 가지는 것이 박테리아에 좀 더 저항할 수있는 방법이 될 것이다.
- 지대주 제작 후의 세척방법으로 스팀분사는 부적절하며 항균성 세정제와 아세톤 및 에틸알코올 등의 다양한 용매를 이용한 초음파세척 방식이 적절하다. 표면세척뿐만 아니라 세포반응의 증진까지 기대할 수 있는 아르곤 플라즈마 처리 등과 같은 다양한 방법들에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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