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문제 정의
- 저자들은 이러한 점에서 기존의 페이스트 치약의 사용 시간이 짧은 단점을 보완하여 장시간 사용할 수 있고 필요 부위에 집중적으로 접촉할 수 있는 치약제제를 연구개발 중에 있다. 본 보고는 사전 평가 연구단계로, 실험실적 평가를 통하여 적절한 사용 시간에 대한 객관적 지표를 예측하기 위해 치약에 사용되고 있는 대표적 유효 성분을 사용하여 접촉 시간대별로 나타나는 효능을 비교 평가하고자 하였다.
- 본 연구는 기존의 페이스트 치약의 구강 내 사용시간(1∼3분)을 임의로 조절할 수 있도록 구강 내 일정시간 부착 후 칫솔질 하는 부착형 치약제의 부착시간을 설계함에 있어서 기존의 페이스트 치약에서 이미 안전하고 유효한 것으로 사용 중인 성분들을 선정하고 실험실적으로 약물의 처리 시간에 따른 효능 수준을 비교 평가하여 향후 개발될 부착형 치약의 적절한 사용 시간의 결정에 참고하고자 하였다.
제안 방법
- 22% 불화나트륨용액(NaF) 10 ml와 인공타액 5 ml를 첨가한 용액을 사용하여 접촉시간을 1분, 3분, 10분, 30분 및 60분으로 처리한 후, 시편의 표면을 증류수로 세척하고 상온에서 건조시킨 후 말기 표면경도를 측정하였다. 각각의 처리 시간대별 표면경도 변화값의 산술평균값으로 시간대별 표면경도 증가 수준을 비교하였다.
- 소의 영구 절치로부터 직경 3 mm의 원통형의 상아질을 drilling하여 취한 후 상아 세관의 둥근 홀이 표면으로 노출되도록 acrylic resin을 이용하여 아크릴 봉에 고정시키고 #120, #400, #600, #800, #1,200번 연마지(Buehler)를 이용하여 순차적으로 시편 표면을 연마하였다.
- 소의 영구절치로부터 직경 3 mm의 원통형의 법랑질을 drilling하여 취한 후 acrylic resin을 이용하여 아크릴 봉에 고정시키고 #120, #400, #600, #800, #1,200번 연마지(carbimet; Buehler, Lake Bluff, IL, USA)를 이용하여 순차적으로 시편 표면을 연마하였다. 수산화인산칼슘이 포함된 0.1 M 젖산과 Carbopol (Ultrez 10; Lubrizol AdvancedMaterials Co., Brecksville, OH, USA)을 이용하여 pH 5.0의 0.1 M 젖산 용액을 제조한 후 시편을 72시간 처리하여 탈회시키고 표면 미세경도측정기(MVK-E; AKASHI, Tokyo, Japan)로 시편 표면의 좌우상하 4부위에 표면경도(Vickers hardness number)를 측정하였으며 시편의 법랑질 표면이 직각이 되도록 위치한 다음 200 g의 하중으로 10초간 압인한 후 현미경으로 400배의 배율에서 압흔의 크기를 계측하여 법랑질 표면경도를 측정하였다. 탈회된 시편의 초기 표면경도 값이 28∼45 범위의 값을 갖는 시편 30개를 선정하여 실험에 사용하였다.
- 우치 시편을 표면 미세경도 측정기로 초기 표면경도를 측정하고 0.22% 불화나트륨용액(NaF) 10 ml와 인공타액 5 ml를 첨가한 용액을 사용하여 접촉시간을 1분, 3분, 10분, 30분 및 60분으로 처리한 후, 시편의 표면을 증류수로 세척하고 상온에서 건조시킨 후 말기 표면경도를 측정하였다.
- 인공타액 500 ml를 37℃로 맞춘 후, 이 용액에 완전히 침적되도록 우치 상아질 시편을 상아질 표면을 위쪽 방향으로 노출시켜 바닥에 고정하고 0.22%의 불화나트륨 용액과 함께 2.0%의 제1 인산칼륨 및 3.0%의 제2 인산칼륨을 함유한 용액을 각각 분당 10 ml의 속도로 topping하면서 시간대별 처리 후, 흐르는 증류수에 10분간 세척하고 상온에서 건조시켜 이리듐(iridium) 입자로 시료 표면을 코팅한 다음, 전자주사현미경(Hitachi S-4800; Hitachi, Tokyo, Japan)을 사용하여 10,000배에서 상아세관의 폐쇄 정도를 관찰, 분석하였다.
- 착색된 수산화인회석시편을 색차계를 이용하여 초기 명도값(L)을 측정하였으며 3.0% 과산화수소수액을 사용하여 37℃ incubator (OF-12GW; Jeioteck Co., Daejeon, Korea)에서 접촉시간을 1분, 3분, 10분, 30분 및 60분으로 처리한 후 시편을 증류수로 깨끗하게 세척하고 상온에서 건조시킨 후의 말기 명도값을 측정하여 처리 전후의 명도 변화값을 얻었다. 각각의 처리 시간대별 명도 변화값의 산술평균값으로 시간대별 명도 증가 수준을 비교하였다.
- 소결시킨 수산화인회석 시편을 바닥에 고정시키고 2×2 cm의 mould와 epoxy 수지를 사용하여 시편의 형상을 만든 후 시편 착색은 Stookey’s method17)를 이용하였다. 처리된 시편을 백열등 조명이 장착된 회전형 착색기(staining machine; LG Co.,Daejeon, Korea)에 장착하고 멸균된 800 ml의 Typticase Soy Broth (Becton, Sparks, MD, USA) 용액에 coffee, tea, mucin 분말을 8:8:6의 비율로 혼합한 것 7.4 g과 FeCl3 1.6 g을 가하였다. Sarcina lutea균 배양용액 30 ml을 혼합한 착색용액에 접촉하여 착색 및 건조 과정을 2주간 반복하여 착색시킨 후 색차계(Minolta CR-321; Minolta Camera Co.
- 치석 분말 0.1 g을 캡이 있는 원심분리용 용기에 취한 후, 0.1 mol 인산용액으로 pH를 중성으로 조정한 3.4% 피로인산나트륨(Na4P2O7 10H2O) 수용액을 30 ml 넣고 37℃로 조정된 shaking incubator (KMC-8480SF; Vision Scientific, Bucheon, Korea)에서 1분, 3분, 10분, 30분 및 60분 동안 각각 shaking한 후, 즉시 10,000 rpm으로 10분간 원심 분리하고 상등액에서의 칼슘 양을 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광기(Optima 5300; Perkin-Elmer Inc., Waltham, MA,USA)로 정량하여 치석으로부터 유리된 칼슘 양을 시간대별로 비교하였다.
대상 데이터
- 6 g을 가하였다. Sarcina lutea균 배양용액 30 ml을 혼합한 착색용액에 접촉하여 착색 및 건조 과정을 2주간 반복하여 착색시킨 후 색차계(Minolta CR-321; Minolta Camera Co.,Osaka, Japan)를 사용하여 명도값(L)이 45에서 55인 시편 30개를 사용하였다.
- 균일한 입도의 치석분말을 제조하기 위하여 대전에 소재한 치과의원에서 수거된 발치 치아 중 치석이 다량 부착된 전치부 치아를 선별하여 사용하였다. 치과용 unit chair에 부착된 초음파 스케일러를 이용하여 치아에 부착된 치석을 분리한 다음, 치아로부터 분리된 치석을 105℃에서 약 2시간 처리하여 수분을 제거하고 막자 사발에서 1차 분쇄한 후 다시 마노(agate) 막자 사발에서 미분쇄를 하였으며 200 mesh sieve와 325 mesh sieve로 sieving하여 325 mesh에 잔존하는 입도가 균일한 치석분말을 시료로 사용하였다.
- 소의 영구절치로부터 직경 3 mm의 원통형의 법랑질을 drilling하여 취한 후 acrylic resin을 이용하여 아크릴 봉에 고정시키고 #120, #400, #600, #800, #1,200번 연마지(carbimet; Buehler, Lake Bluff, IL, USA)를 이용하여 순차적으로 시편 표면을 연마하였다. 수산화인산칼슘이 포함된 0.
- 수산화인회석 분말(Wako Chemical, Osaka, Japan)과 polyvinyl alcohol (Sigma, St. Louis, MO, USA) 3% 용액으로 반죽을 제조하고 105℃에서 충분히 건조시킨 후 적당히 분쇄시킨 분말을 0.30∼0.35 g 칭량하여 적외선 분광기 시료 제조용 압축기로 1분 동안 약 4.2톤의 압력을 주어 직경 12.5 mm에 두께 1.8 mm의 원판 모양의 수산화인회석을 만든 후 1,000℃에서 소결시켜서 사용하였다.
- 인공타액은 증류수 1,000 ml 중에 potassium chloride (KCl) 624.6 mg, sodium chloride (NaCl) 866.6 mg, potassium phosphate dibasic (K2HPO4) 33.8 mg, magnesiumchloride (MgCl2) 59.6 mg, calcium chloride dehydrate(CaCl2·2H2O) 166.6 mg이 함유되도록 제조하여 냉장 보관하면서 사용하였다.
- 균일한 입도의 치석분말을 제조하기 위하여 대전에 소재한 치과의원에서 수거된 발치 치아 중 치석이 다량 부착된 전치부 치아를 선별하여 사용하였다. 치과용 unit chair에 부착된 초음파 스케일러를 이용하여 치아에 부착된 치석을 분리한 다음, 치아로부터 분리된 치석을 105℃에서 약 2시간 처리하여 수분을 제거하고 막자 사발에서 1차 분쇄한 후 다시 마노(agate) 막자 사발에서 미분쇄를 하였으며 200 mesh sieve와 325 mesh sieve로 sieving하여 325 mesh에 잔존하는 입도가 균일한 치석분말을 시료로 사용하였다.
- 탈회된 시편의 초기 표면경도 값이 28∼45 범위의 값을 갖는 시편 30개를 선정하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
- , Daejeon, Korea)에서 접촉시간을 1분, 3분, 10분, 30분 및 60분으로 처리한 후 시편을 증류수로 깨끗하게 세척하고 상온에서 건조시킨 후의 말기 명도값을 측정하여 처리 전후의 명도 변화값을 얻었다. 각각의 처리 시간대별 명도 변화값의 산술평균값으로 시간대별 명도 증가 수준을 비교하였다.
- 실험 실적 평가로 도출된 접촉 시간에 따른 각각의 변화 값들의 통계적 검정은 통계분석 프로그램인 IBM SPSS Statistic ver. 19.0 (IBM Co., Armonk, NY, USA)의 일원변량분석법(ANOVA)을 이용하여 분석하였다.
이론/모형
- 소결시킨 수산화인회석 시편을 바닥에 고정시키고 2×2 cm의 mould와 epoxy 수지를 사용하여 시편의 형상을 만든 후 시편 착색은 Stookey’s method17)를 이용하였다.
성능/효과
- 45에서 55의 명도값을 가지는 착색된 수산화인회석 시편의 초기 평균 명도값을 기준으로 3.0% 과산화수소수액을 사용하여 각각의 시간대별로 처리한 후 평균 명도 증가값을 산출한 결과 1분 처리시 5.50±1.51에서 60분 처리시 27.35± 0.54까지 평균 명도 변화값이 증가하였으며 시간에 따른 명도 변화가 통계적으로 유의하였다(p＜0.001; Table 2).
- 치약에서의 치석 형성 억제를 위한 연구들은 80년대에 많이 이루어졌는데, 이러한 결과들을 토대로 국내 식품의약품안전처에서 치약 표준 기준을 고시하고 있으며 여기에 앞에서 언급한 불소와 과산화수소 및 피로인산나트륨에 대한 각각의 사용한도와 효능에 대하여 규정하고 있다18). 본 실험에서는 피로인산나트륨의 배합 한도를 국내 기준에 부합하는 3.4%의 농도를 사용하였으며, 치석으로부터 유리되거나 킬레이팅(chelating)되어 나온 칼슘 양을 평가한 결과에서도 명도 변화 증가값과 비슷한 양상을 나타내었다. 치석으로부터 제거된 칼슘의 양은 처리시간 1분을 기준으로 3분 처리시 1.
- 이러한 결과들은 in vitro 평가에서 나타나기 쉬운 현상으로 시간에 비례하는 결과치를 나타내고 있으며, 우치 시편을 사용한 표면경도 증가가 10분 처리까지 증가 후 처리시간에 비례하여 증가하지 못하는 것은 실제 법랑질의 조직 치밀도로 인한 불소의 침투와 흡착이 표면에서 발생한 후 내부까지의 침투 흡착에서는 구조적 방해를 받은 것으로 추정된다. 불소용액, 제1 인산칼륨용액, 제2 인산칼륨용액 및 인공타액 중 칼슘 이온 그리고 우치 상아질 시편의 칼슘 성분들과 상호 반응하여 불용성의 불화칼슘 및 인산칼슘 등을 상아질 표면에서 형성하고 상아 세관에 침착하여 폐쇄시키는 효과도 처리시간에 비례하는 양상을 보였다. 일반적인 페이스트 치약의 사용시간으로 볼 수 있는 1분과 3분 처리에서는 상아 세관 폐쇄 효과는 거의 관찰되지 않았고, 10분이상에서 표면 침착이 보이기 시작하여 30분 처리에서는 상아 세관 안쪽까지 침착이 발생하여 상아 세관의 직경이 작게 보이는 것이 관찰되었으며, 60분 처리에서는 완전히 상아 세관 전체를 폐쇄시켰다(Fig.
- 사람의 치석 분말을 사용하여 3.4% 피로인산나트륨 수용액으로 각각의 시간대별로 처리한 후 치석으로부터 킬레이션(chelation) 또는 용해된 칼슘 양을 정량 분석한 결과, 1분 처리시 4.23±0.14 ppm, 3분 처리시 4.51±0.04 ppm으로 큰 차이가 없었으나 10분 처리시 12.12±0.16으로 크게 증가하는 양상을 나타내었으며 시간에 따른 칼슘 양이 통계적으로 유의하였다(p＜0.001; Table 3).
- 94배 더 효과적임을 알 수 있었다. 사용시간이 증가하면 효과도 증가하지만 그만큼 불편함도 함께 증가될 것이므로 재광화 효과와 항치석 효과, 그리고 상아세관 폐쇄 효과에서는 사용시간 10분 이상이 적절한 것으로 판단되며, 미백효과에서는 10분 처리에서 효과 증가가 나타났지만 30분 이상 처리가 보다 효과적일 것으로 생각되었다.
- 우치 법랑질 시편의 탈회 후 경도를 초기 경도로 하고 1,000 ppm의 불소 용액(0.22% 불화나트륨)으로 처리 시간별로 우치 법랑질의 표면 경도 증가를 측정한 결과 각 시간대별 1.52±1.06에서 12.55±2.09까지의 평균 표면 경도 증가를 나타내었으며 시간에 따른 표면 경도 변화가 통계적으로 유의하였다(p＜0.001; Table 1).
- 95배로 증가하였다. 이러한 값들의 변화를 엑셀 프로그램(MS Excel; Microsoft, Redmond, MA, USA)을 이용하여 다양한 추세선과 추세 함수식을 구한 결과 처리시간에 따른 명도 변화값과 치석으로부터 제거된 칼슘 양은 1차 함수적으로 증가하였으며 표면경도 변화의 증가는 로그 함수로 나타났다. 이러한 결과들은 in vitro 평가에서 나타나기 쉬운 현상으로 시간에 비례하는 결과치를 나타내고 있으며, 우치 시편을 사용한 표면경도 증가가 10분 처리까지 증가 후 처리시간에 비례하여 증가하지 못하는 것은 실제 법랑질의 조직 치밀도로 인한 불소의 침투와 흡착이 표면에서 발생한 후 내부까지의 침투 흡착에서는 구조적 방해를 받은 것으로 추정된다.
- 0% 이하로 사용하도록 규정하고 있다18). 이러한 이유로 본 연구에서는 3.0% 과산화수소수액을 사용하여 시간대별 인공착색 시 편의 명도 변화값을 평가하였으며 처리시간 1분을 기준으로 3분 처리시1.04배, 10분 처리시 1.57배, 30분 처리시 3.44배, 60분 처리 시 4.97배까지 처리시간에 비례하여 명도 변화값이 증가하였다. 치석의 형성 억제에 효능이 입증되고 국내외적으로 공인된 성분은 피로인산나트륨이 대표적이다.
- 이러한 불소의 효능은 불소용액의 처리 전후에 따른 법랑질의 표면경도 변화값으로 설명할 수 있다. 이미 안전하고 유효한 것으로 알려진 불화나트륨을 이용하여 불소이온 농도로 1,000 ppm을 사용하였고, 1분간 처리하였을 때의 표면경도 증가값을 기준으로 3분 처리시 0.78배, 10분 처리시 4.62배, 30분 처리시 5.52배, 60분 처리시 6.40배 증가하였으며 10분 처리에 급증하여 이후에는 증가 수준이 약한 양상을 보였다. 3분 처리시 1분 처리시보다 표면경도 증가가 오히려 적었는데, 이는 시편수가 작고 시편간 차이 및 측정오차가 있었기 때문으로 생각되었다.
- 이상의 결과들을 종합해보면 치약 중에 사용되는 유효 성분들의 실험실적 효능은 적용 시간에 비례하여 증가하였으며 일반적인 페이스트 치약의 사용시간인 1분에서 3분과 사용시간을 증가시킨 10분에서 60분 처리의 효과를 비교하면 치아 표면 경도 증가에서는 최소 5.96에서 8.26배, 명도 증가에서는 1.57에서 4.97배, 칼슘 용출량은 2.86에서 5.94배 더 효과적임을 알 수 있었다. 사용시간이 증가하면 효과도 증가하지만 그만큼 불편함도 함께 증가될 것이므로 재광화 효과와 항치석 효과, 그리고 상아세관 폐쇄 효과에서는 사용시간 10분 이상이 적절한 것으로 판단되며, 미백효과에서는 10분 처리에서 효과 증가가 나타났지만 30분 이상 처리가 보다 효과적일 것으로 생각되었다.
- 불소용액, 제1 인산칼륨용액, 제2 인산칼륨용액 및 인공타액 중 칼슘 이온 그리고 우치 상아질 시편의 칼슘 성분들과 상호 반응하여 불용성의 불화칼슘 및 인산칼슘 등을 상아질 표면에서 형성하고 상아 세관에 침착하여 폐쇄시키는 효과도 처리시간에 비례하는 양상을 보였다. 일반적인 페이스트 치약의 사용시간으로 볼 수 있는 1분과 3분 처리에서는 상아 세관 폐쇄 효과는 거의 관찰되지 않았고, 10분이상에서 표면 침착이 보이기 시작하여 30분 처리에서는 상아 세관 안쪽까지 침착이 발생하여 상아 세관의 직경이 작게 보이는 것이 관찰되었으며, 60분 처리에서는 완전히 상아 세관 전체를 폐쇄시켰다(Fig. 1).
- 지금까지 살펴본 연구들을 종합해보면 유효성분을 구강내 오랫동안 잔류시키거나 유효성분의 접촉시간을 늘리면 효능을 극대화할 수 있다는 것을 알 수 있다. 저자들은 이러한 점에서 기존의 페이스트 치약의 사용 시간이 짧은 단점을 보완하여 장시간 사용할 수 있고 필요 부위에 집중적으로 접촉할 수 있는 치약제제를 연구개발 중에 있다.
- 치약을 페이스트 제형을 나타내는 paste와 치아를 결합하여 toothpaste라고 표현하는데, 페이스트 치약은 칫솔모 위에 짜서 1∼3분간 칫솔로 문지른 후 헹구어 내는 편리한 사용방법으로 치약의 대표적 제형이 되었다.
후속연구
- 그러나 본 연구의 경우 아주 제한된 환경의 실험 실적 평가로서 실험조건의 변화로 결과값의 변동이 예상되고 또한 완제품을 이용한 실험이 아니어서 제제 내에서의 약물 방출속도와 함께 사용된 다른 약물의 방해나 조력 작용 등이 고려되지 못하였다. 차후에는 부착형 치약의 제형 개발을 완료하여 실제 제형을 이용한 실험실적 평가와 사람을 대상으로 한 임상적 평가를 수행하고자 한다.
- 그러나 본 연구의 경우 아주 제한된 환경의 실험 실적 평가로서 실험조건의 변화로 결과값의 변동이 예상되고 또한 완제품을 이용한 실험이 아니어서 제제 내에서의 약물 방출속도와 함께 사용된 다른 약물의 방해나 조력 작용 등이 고려되지 못하였다. 차후에는 부착형 치약의 제형 개발을 완료하여 실제 제형을 이용한 실험실적 평가와 사람을 대상으로 한 임상적 평가를 수행하고자 한다.
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