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문제 정의
- 모든 경우에서 세포독성, 세포변형 등의 이상이 관찰되지 않았다. 더 나아가 생체적합성을 in vitro 뿐 아니라 in vivo에서도 살펴보았다. 20마리의 알비노 쥐를 대상으로 분말을 주입한 결과, 피부의 염증반응이나 급성 독성반응이 나타나지 않았다.
- 이러한 시대적 요구에 따라 지르코니아가 수복에 적합한지를 평가하기 위해, 지르코니아의 연조직, 경조직에 대한 생체적합성을 평가하는 것은 중요한 주제라 할 수 있다. 이번 논문에서는 현재까지 연구된 지르코니아의 생체적합성과 생체활성에 관한 연구를 in vivo study 중심으로 고찰하였다. 크게 연조직에 대한 생체적합성, 경조직에 대한 생체적합성으로 나누어 기술하였으며, 세균부착에 대한 평가를 정리하였다.
- 최근에는 지르코니아의 우수한 생체적합성에 착안하여 지르코니아를 임플란트 지대주(abutment)나 수복물뿐 아니라 임플란트(implant)로 활용하고자 하는 시도도 상당히 진행되고 있다. 이에, 지르코니아의 생체활성을 높여 임플란트로 활용하기 위한 다양한 표면처리 방법에 대해서도 살펴보았다.
제안 방법
- Scarano 등9은 동일한 표면 거칠기를 가진 티타늄과 지르코니아에 대해 세균 플라그 형성정도를 비교하였다. 10명의 피실험자의 소구치 및 대구치의 협면에 티타늄 및 지르코니아 시편을 부착하였으며, 24시간 뒤에 SEM을 통해 각 시편의 세균 부착면적을 비교하였다. 실험결과 지르코니아(12.
- Sennerby 등12은 지르코니아의 표면처리가 신생골 합성에 미치는 영향을 살펴보았다. 20마리의 토끼의 tibia에 임플란트를 식립하고, 6주 뒤에 조직반응을 살펴보았다. 실험에는 티타늄 및 지르코니아 임플란트를 사용하였다.
- 5명의 환자(남성 3명, 여성 2명)을 대상으로 일반적인 티타늄 임플란트를 식립한 후에, 절반은 일반적인 티타늄의 healing caps를 나머지 절반은 지르코니아의 healing caps를 이용하였다. 6개월 뒤 치은조직을 조직검사하여 비교하였다. 그 결과, 미세혈관 밀도, NOS1(nitric oxide synthase 1), NOS3(nitric oxide synthase 3), VEGF(vascular endothelial growth factor) 모두 티타늄의 healing caps에서 더 높은 것으로 나타났다.
- Silva 연구진은 지르코니아, HA 및 지르코니아-HA composite의 분말의 생체적합성을 살펴보았다. Near-confluent monolayers of cell line L-929을 각각의 분말과 함께 24시간 배양한 뒤 세포독성 여부를 관찰하였다. 모든 경우에서 세포독성, 세포변형 등의 이상이 관찰되지 않았다.
- 연구진은 CaO-알루미나, CaO-티타늄, CaO-지르코니아 시편을 각각 다공성 구조 및 일반구조 디스크로 준비하여, 해당 시편들의 생체적합성을 실험하였다. 각 시편은 토끼의 근육 및 결합조직에 식립되었고, 1주, 3달, 6달, 9달 뒤에 조직반응을 관찰하였다. 모든 시편에 대해 감염, 염증 등의 조직 부작용은 관찰되지 않았으며, 다공성 구조를 가진 경우 더 빠른 조직접촉을 이루는 것이 관찰되었다.
- Schultze-Mosgau 등15의 미니피그를 대상으로 한 실험도 유사한 결과를 도출하였다. 각각 20개의 지르코니아 및 티타늄 임플란트를 Gottinger minipig에 식립하였으며, 6개월 뒤에 시편을 제작하여 조직학적으로 관찰하였다. 미니피그에 형광마커를 주입한 뒤, 형광 현미경으로 조직시편을 살펴보면 신생골의 형성 패턴을 파악할 수 있다.
- Scarano 등11은 5마리의 토끼 성체를 이용해 지르코니아 임플란트의 생체적합성을 실험했다. 각각 토끼의 tibia에 4개의 임플란트를 식립했으며, 식립 4주 후 조직반응을 관찰하였다. 그 결과, 지르코니아와 접촉한 신생골의 생성 및 osteoblast의 존재를 확인하였다.
- 은 기존의 powder-based slurry를 통해 HA를 zirco-nia에 코팅할 경우 발생하는 낮은 결합강도를 지적하였다. 대안으로 HA에 phosphate-based glass (P-glass)를 혼합하여 표면에 소결하는 방법을 제시하였다. 소결된 표면을 XRD 검사한 결과 HA, TCP, DCP (dicalcium phosphate), 3가지의 CaP상이 모두 관찰되었으며, 순수한 HA를 코팅한 경우보다 표면 결합강도가 60 - 80% 증가하였다.
- Garvie 등3은 20마리의 토끼 성체의 paraspi-nalis muscle에 Mg-PSZ (partially stabilized zirconia) implant를 식립하여 조직반응을 관찰하였다. 대조군으로서 sham opera-tion (임플란트 식립없이 절개만 시행)을 한 경우와 비교하였으며, 식립 후 1주, 1달, 3달, 6달 뒤에 조직반응을 살펴보았다. 실험 결과, Mg-PSZ implant에 의한 어떠한 연조직 부작용이 발견되지 않았다.
- 쥐의 femoral condyle의 해면골에서 fresh rat osteoblast를 채취하여, RKKP 코팅이 있는 지르코니아 및 알루미나와 코팅이 없는 경우의 생체적합성을 비교하였다. 또한 MTT assay를 통해 세포증식을 관찰하고, ALP 활성을 통해 세포분화 정도를 관찰하였다. 코팅의 여부와 관계없이 세포증식은 단순배지배양과 유사하였으며, 세포분화에 대해서는 RKKP를 코팅한 시편에서 크게 증가하였다.
- 추출물을 건강한 쥐에 주입한 결과 생리식염수를 주입한 경우와 마찬가지로 급성 독성이 나타나지 않았다. 마지막으로 토끼에 HA-지르코니아 FGM의 임플란트를 식립한 뒤, SEM으로 조직반응을 관찰하였다. 감염 혹은 염증과 같은 기타 악영향이 발견되지 않았으며 임플란트와 근육사이의 긴밀한 접촉을 확인하였다.
- Y-PSZ 임플란트는 하중 group, 비하중 group으로 나뉘어 실험되었다. 식립 1달, 2달, 3달 후 plaque index, gingival index, cervical fluid volume unit, probing depth 등의 임상적인 결과를 살펴보았으며, 마지막으로 시편을 만들어 조직학적으로 분석하였다. 임상적인 결과값은 하중, 비하중 group이 동일하였으며, 두 group 모두 시편 상에서 직접적인 신생골 부착이 확인되었다.
- Warashina 등16은 쥐의 calvarial bone을 알루미나, 지르코니아, 고밀도 polyethylene(high density polyethylene, HDP), 티타늄 합금으로 대체하였을 때 조직반응을 관찰하였다. 식립한 지 1주일 후에 조직시편을 얻어, 염증 매개요소와 골흡수를 평가하였다. 염증반응, 골흡수에 대해 알루미나, 지르코니아는 negative control과 차이가 없었으며, HDP, 티타늄 합금보다 더 낮았다.
- 의 실험 역시 비슷한 결과를 보였다. 앞의 실험과 유사하게 지르코니아와 티타늄 시편을 피실험자에게 부착한 후, 초기 세균 부착정도를 SEM으로 평가하였다. 그 결과 지르코니아가 티타늄보다 세균이 덜 부착되는 것을 확인하였다.
- Hulbert 등4이 수행한 토끼를 이용한 실험도 동일한 결과를 도출하였다. 연구진은 CaO-알루미나, CaO-티타늄, CaO-지르코니아 시편을 각각 다공성 구조 및 일반구조 디스크로 준비하여, 해당 시편들의 생체적합성을 실험하였다. 각 시편은 토끼의 근육 및 결합조직에 식립되었고, 1주, 3달, 6달, 9달 뒤에 조직반응을 관찰하였다.
- Christel 등5은 Y-PSZ를 이용하여 원통형의 시편을 제작하여 생체적합성을 살펴보았다. 이들은 쥐의 paraspinal muscle에 Y-PSZ 시편을 식립하고, 12주 뒤에 조직반응을 살펴보았다. 대조군으로 사용한 알루미나 시편 식립과 비교해서, 연조직 막의 두께, 세포의 분포 등에서 차이가 발견되지 않았다.
- 지르코니아로 Y-PSZ를 사용하였으며, 지르코니아 green body 표면에서부터 HA의 wt%를 30, 50, 70, 100%로높여가며 graded composite를 제작하였다. 이렇게 제작한 시편을 RPMI-1640 배지에 1.0 g/5 ml로 투여하고, 37도에서 72시간동안 방치하여 얻어진 추출물을 통해 실험을 진행하였다. L929 mouse fibroblast cell에서 확인한 결과, 세포독성 및 세포증식에 영향을 주지 않았다.
- 분석결과 중간층인 알루미나는 HA와 지르코니아의 중간수준의 경도, 파절강도를 지녀서 효과적으로 기계적 특성의 중간층 역할을 하는 것으로 나타났다. 이어서 Afzal 연구진은 HA-Al2O3-Y-PSZ FGM의 생체적합성을 여러 실험을 통해 살펴보았다. L929 fibroblast cell을 이용해 실험한 결과, 세 층 모두에서 세포부착, 세포생존 및 세포분열을 확인하였다.
- 가장 바깥층은 ‘HA + 20 %wt 알루미나’, 중간층은 ‘알루미나 + 20 %wt Y-PSZ‘, 안쪽은 순수 Y-PSZ으로 구성하는 방식이다. 적절한 소결조건을 통해 HA의 TCP로의 전이 및 Y-PSZ 정방정상의 단사정상으로의 전이 없이 새로운 HA-Al2O3-Y-PSZ FGM을 생성하였다. 분석결과 중간층인 알루미나는 HA와 지르코니아의 중간수준의 경도, 파절강도를 지녀서 효과적으로 기계적 특성의 중간층 역할을 하는 것으로 나타났다.
- Piconi 등13은 토끼를 이용하여 zirconia aging의 효과를 실험하였다. 조직에서의 화학반응을 높여 aging을 가속시키기 위해, Y-TZP (tetragonal zirconia polycrystal) 시편을 연마하지 않고 토끼의 quadriceps muscle, femur notch, tibia에 식립하였다. 6개월 뒤, 조직반응을 살펴본 결과 신생골의 합성을 확인할 수 있었으며, 어떠한 조직 부작용도 관찰할 수 없었다.
- Piancastelli)를 코팅한 분말을 통해 실험하였다. 쥐의 femoral condyle의 해면골에서 fresh rat osteoblast를 채취하여, RKKP 코팅이 있는 지르코니아 및 알루미나와 코팅이 없는 경우의 생체적합성을 비교하였다. 또한 MTT assay를 통해 세포증식을 관찰하고, ALP 활성을 통해 세포분화 정도를 관찰하였다.
- 은 위와 같은 HA-지르코니아 FGM의 생체적합성을 평가하였다. 지르코니아로 Y-PSZ를 사용하였으며, 지르코니아 green body 표면에서부터 HA의 wt%를 30, 50, 70, 100%로높여가며 graded composite를 제작하였다. 이렇게 제작한 시편을 RPMI-1640 배지에 1.
- 이번 논문에서는 현재까지 연구된 지르코니아의 생체적합성과 생체활성에 관한 연구를 in vivo study 중심으로 고찰하였다. 크게 연조직에 대한 생체적합성, 경조직에 대한 생체적합성으로 나누어 기술하였으며, 세균부착에 대한 평가를 정리하였다.
- 해당 논문의 ‘related citation’ 목록에서 필요한 경우 문헌을 추가하여 연구를 진행하였다.
대상 데이터
- Degidi 등8은 티타늄과 지르코니아의 healing caps에 대한 조직반응을 면역화학법을 이용해 심층적으로 분석하였다. 5명의 환자(남성 3명, 여성 2명)을 대상으로 일반적인 티타늄 임플란트를 식립한 후에, 절반은 일반적인 티타늄의 healing caps를 나머지 절반은 지르코니아의 healing caps를 이용하였다. 6개월 뒤 치은조직을 조직검사하여 비교하였다.
- 20마리의 토끼의 tibia에 임플란트를 식립하고, 6주 뒤에 조직반응을 살펴보았다. 실험에는 티타늄 및 지르코니아 임플란트를 사용하였다. 지르코니아 임플란트의 경우는 일반적인 지르코니아와 pore-former를 이용하여 표면 거칠기를 높인 지르코니아, 두 가지를 이용하였다.
- 지르코니아의 생체적합성에 대해 Pubmed 및 Google scholar에서 ‘zirconia, biocompatibility’를 keyword로 검색하여 전체 문헌을 이용 가능한 경우(full text available)로 한정하여 연구를 진행하였다.
- MacDonald 등17은 HA-coated 티타늄 임플란트의 임상적 안정성에 대해 실험하였다. 환자에게 총 53개의 HA- coated 티타늄 임플란트를 식립하였으며, 이 중에서 동요도, 방사선학적 병소 등의 이유로 45개의 임플란트가 제거되었다. 제거된 임플란트를 SEM으로 관찰한 결과, 시간이 지날수록 HA의 코팅층이 점점 얇아지는 것이 관찰되었다.
성능/효과
- 더 나아가 생체적합성을 in vitro 뿐 아니라 in vivo에서도 살펴보았다. 20마리의 알비노 쥐를 대상으로 분말을 주입한 결과, 피부의 염증반응이나 급성 독성반응이 나타나지 않았다.
- 조직에서의 화학반응을 높여 aging을 가속시키기 위해, Y-TZP (tetragonal zirconia polycrystal) 시편을 연마하지 않고 토끼의 quadriceps muscle, femur notch, tibia에 식립하였다. 6개월 뒤, 조직반응을 살펴본 결과 신생골의 합성을 확인할 수 있었으며, 어떠한 조직 부작용도 관찰할 수 없었다. 이처럼 토끼를 이용한 in vivo 실험에서 지르코니아 임플란트의 뛰어난 생체적합성을 확인할 수 있었으며, 티타늄 임플란트에 준하는 신생골 생성 및 뼈의 부착을 관찰할 수 있었다.
- Kong 등21은 지르코니아 80 wt% + 알루미나 20 wt% (ZA)의 nano-composite에 HA를 첨가한, HA-added ZA nano-composite를 제작하였다. HA의 함량이 증가할수록(10 - 40%), 굽힙강도가 떨어지지만 MG63 세포의 증식 및 HOS (hu-man osteoblastic cell line) 세포의 ALP 활성도가 증가하는 것으로 나타났다. 임플란트가 요구하는 기계적, 생물학적 기준에 맞추어 HA농도를 조절한다면 HA-added ZA nano-composite가 유용할 것으로 생각된다.
- 소결된 표면을 XRD 검사한 결과 HA, TCP, DCP (dicalcium phosphate), 3가지의 CaP상이 모두 관찰되었으며, 순수한 HA를 코팅한 경우보다 표면 결합강도가 60 - 80% 증가하였다. HOS cell line을 이용해 세포증식을 관찰한 결과, 배양 2일 및 5일 이후 코팅하지 않은 지르코니아, 순수 HA 코팅, HA/P-glass 코팅 모두 차이를 보이지 않았다. 하지만 ALP 활성을 통해 본 세포분화는 코팅하지 않은 경우보다 HA/P-glass 코팅이 더 높았으며, 순수 HA 코팅한 경우와 유사하였다.
- L929 mouse fibroblast cell에서 확인한 결과, 세포독성 및 세포증식에 영향을 주지 않았다. Hemolysis assay 실험 결과, 적혈구에는 거의 영향이 없는 것으로 나타났다. 추출물을 건강한 쥐에 주입한 결과 생리식염수를 주입한 경우와 마찬가지로 급성 독성이 나타나지 않았다.
- 식립한 임플란트의 전후 무게를 비교하고, 3점 굽힘실험을 진행한 결과, 무게나 굽힘강도에 있어서 변화가 없었다. Ichikawa 연구진은 임플란트가 연조직상에서 높은 생체적합성을 가질 뿐 아니라 장기간 안정적인 물질이라고 결론을 내렸다.
- In vivo 실험에서는 연조직, 경조직 모두에서 지르코니아가 우수한 생체적합성을 보여주는 것으로 나타났으며, 낮은 세균부착도 관찰되었다. 이처럼 지르코니아는 높은 생체적합성을 가져 임상적으로 안정적인 수복물질이다.
- 이어서 Afzal 연구진은 HA-Al2O3-Y-PSZ FGM의 생체적합성을 여러 실험을 통해 살펴보았다. L929 fibroblast cell을 이용해 실험한 결과, 세 층 모두에서 세포부착, 세포생존 및 세포분열을 확인하였다. 세 층 중 HA층에서 가장 세포분열 및 세포밀도가 높은 것으로 나타났으며, HA의 생체활성을 확인할 수 있었다.
- 0 g/5 ml로 투여하고, 37도에서 72시간동안 방치하여 얻어진 추출물을 통해 실험을 진행하였다. L929 mouse fibroblast cell에서 확인한 결과, 세포독성 및 세포증식에 영향을 주지 않았다. Hemolysis assay 실험 결과, 적혈구에는 거의 영향이 없는 것으로 나타났다.
- XRD 및 electron spectroscopy 분석에서는 HA가 무정형 인산칼슘, TCP (β-tricalcium phos-phate)등으로 변성된 것이 관찰되었으며, bulk coating chemical analysis에서는 Ca/P 비율이 높아진 것이 관찰되었다.
- 앞의 실험과 유사하게 지르코니아와 티타늄 시편을 피실험자에게 부착한 후, 초기 세균 부착정도를 SEM으로 평가하였다. 그 결과 지르코니아가 티타늄보다 세균이 덜 부착되는 것을 확인하였다.
- 6개월 뒤 치은조직을 조직검사하여 비교하였다. 그 결과, 미세혈관 밀도, NOS1(nitric oxide synthase 1), NOS3(nitric oxide synthase 3), VEGF(vascular endothelial growth factor) 모두 티타늄의 healing caps에서 더 높은 것으로 나타났다. 이러한 지표는 지르코니아의 healing caps가 상대적으로 세균 부착 및 염증반응이 적기 때문에 나타난 것으로 해석된다.
- 각각 토끼의 tibia에 4개의 임플란트를 식립했으며, 식립 4주 후 조직반응을 관찰하였다. 그 결과, 지르코니아와 접촉한 신생골의 생성 및 osteoblast의 존재를 확인하였다. 신생골의 접촉비율은 68.
- 임플란트가 요구하는 기계적, 생물학적 기준에 맞추어 HA농도를 조절한다면 HA-added ZA nano-composite가 유용할 것으로 생각된다. 또한, XRD 검사 결과 HA의 농도에 상관없이 적절한 TCP의 양이 생성되었다. HA-added ZA nano-composite의 경우 반응이 일어날 수 있는 표면적이 한정되어 TCP의 생성이 조절된다고 생각된다.
- 이러한 특징을 확인하기 위해 지르코니아 변연의 티타늄 임플란트를 환자에게 식립한 경우, 일반적인 임플란트보다 더 낮은 치주염 점수를 보였다. 또한, human fibroblast, osteo-blast-like cell을 이용한 in vitro 실험을 진행하여 확인한 결과, 세포의 부착 및 증식이 지르코니아 변연을 가진 임플란트에서 뛰어난 것이 확인되었다. Degidi 등8은 티타늄과 지르코니아의 healing caps에 대한 조직반응을 면역화학법을 이용해 심층적으로 분석하였다.
- 각 시편은 토끼의 근육 및 결합조직에 식립되었고, 1주, 3달, 6달, 9달 뒤에 조직반응을 관찰하였다. 모든 시편에 대해 감염, 염증 등의 조직 부작용은 관찰되지 않았으며, 다공성 구조를 가진 경우 더 빠른 조직접촉을 이루는 것이 관찰되었다. 토끼의 연조직 외에도 쥐의 연조직을 이용한 in vivo 실험에 대해서도 지르코니아는 뛰어난 생체적합성을 보였다.
- 코팅의 여부와 관계없이 세포증식은 단순배지배양과 유사하였으며, 세포분화에 대해서는 RKKP를 코팅한 시편에서 크게 증가하였다. 모든 시편이 적절한 생체적합성을 지녔으며, RKKP는 세라믹의 생체활성에 기여하는 것으로 보인다.
- 적절한 소결조건을 통해 HA의 TCP로의 전이 및 Y-PSZ 정방정상의 단사정상으로의 전이 없이 새로운 HA-Al2O3-Y-PSZ FGM을 생성하였다. 분석결과 중간층인 알루미나는 HA와 지르코니아의 중간수준의 경도, 파절강도를 지녀서 효과적으로 기계적 특성의 중간층 역할을 하는 것으로 나타났다. 이어서 Afzal 연구진은 HA-Al2O3-Y-PSZ FGM의 생체적합성을 여러 실험을 통해 살펴보았다.
- Saos-2 osteoblast cell을 이용한 실험도 유사한 결과를 보였다. 세 개의 층에서 모두 세포부착, 세포생존 및 세포분열을 확인하였으며, 특히 HA층에서 1.5배 높은 세포밀도를 보였다. 이러한 실험결과는 HA-Al2O3-Y-PSZ FGM이 연조직, 경조직에 대해 생체적합성을 가질 뿐만 아니라, 뛰어난 osseoinduction, osteoconduction을 가진다는 점을 시사한다.
- L929 fibroblast cell을 이용해 실험한 결과, 세 층 모두에서 세포부착, 세포생존 및 세포분열을 확인하였다. 세 층 중 HA층에서 가장 세포분열 및 세포밀도가 높은 것으로 나타났으며, HA의 생체활성을 확인할 수 있었다. Saos-2 osteoblast cell을 이용한 실험도 유사한 결과를 보였다.
- 대안으로 HA에 phosphate-based glass (P-glass)를 혼합하여 표면에 소결하는 방법을 제시하였다. 소결된 표면을 XRD 검사한 결과 HA, TCP, DCP (dicalcium phosphate), 3가지의 CaP상이 모두 관찰되었으며, 순수한 HA를 코팅한 경우보다 표면 결합강도가 60 - 80% 증가하였다. HOS cell line을 이용해 세포증식을 관찰한 결과, 배양 2일 및 5일 이후 코팅하지 않은 지르코니아, 순수 HA 코팅, HA/P-glass 코팅 모두 차이를 보이지 않았다.
- 식립 12개월 후에 조직학적 변화를 관찰한 결과, 지르코니아 임플란트는 80 μm 미만의 얇은 섬유성 조직으로 완전히 둘러싸인 것이 관찰되었다.
- 대조군으로서 sham opera-tion (임플란트 식립없이 절개만 시행)을 한 경우와 비교하였으며, 식립 후 1주, 1달, 3달, 6달 뒤에 조직반응을 살펴보았다. 실험 결과, Mg-PSZ implant에 의한 어떠한 연조직 부작용이 발견되지 않았다. Hulbert 등4이 수행한 토끼를 이용한 실험도 동일한 결과를 도출하였다.
- 10명의 피실험자의 소구치 및 대구치의 협면에 티타늄 및 지르코니아 시편을 부착하였으며, 24시간 뒤에 SEM을 통해 각 시편의 세균 부착면적을 비교하였다. 실험결과 지르코니아(12.1%)는 티타늄(19.3%)보다 세균이 덜 부착되는 것으로 나타났다(P = .0001). 이러한 실험결과는 지르코니아가 임플란트 지대주로 사용되었을 경우 티타늄보다 더 좋은 치주반응을 보일 것이라는 점을 시사한다.
- 식립한 지 1주일 후에 조직시편을 얻어, 염증 매개요소와 골흡수를 평가하였다. 염증반응, 골흡수에 대해 알루미나, 지르코니아는 negative control과 차이가 없었으며, HDP, 티타늄 합금보다 더 낮았다.
- 환자에서 이루어진 임상연구에서 지르코니아를 이용할 경우 연조직 세포의 부착 및 증식이 증가하며, 염증반응이 적게 일어났음이 확인되었다. 이러한 결과는 임플란트의 지대주로 지르코니아를 사용했을 때, 티타늄보다 더 뛰어난 임상적 성공률을 보여줄 것을 시사한다.
- 5배 높은 세포밀도를 보였다. 이러한 실험결과는 HA-Al2O3-Y-PSZ FGM이 연조직, 경조직에 대해 생체적합성을 가질 뿐만 아니라, 뛰어난 osseoinduction, osteoconduction을 가진다는 점을 시사한다.
- 이를 통해 지르코니아가 제공하는 높은 연조직 적합, 적은 세균 침착, 높은 심미성을 티타늄 임플란트로도 이용할 수 있다고 주장하였다. 이러한 특징을 확인하기 위해 지르코니아 변연의 티타늄 임플란트를 환자에게 식립한 경우, 일반적인 임플란트보다 더 낮은 치주염 점수를 보였다. 또한, human fibroblast, osteo-blast-like cell을 이용한 in vitro 실험을 진행하여 확인한 결과, 세포의 부착 및 증식이 지르코니아 변연을 가진 임플란트에서 뛰어난 것이 확인되었다.
- 미니피그에 형광마커를 주입한 뒤, 형광 현미경으로 조직시편을 살펴보면 신생골의 형성 패턴을 파악할 수 있다. 이를 통해 신생골 형성을 살펴본 결과, 지르코니아와 티타늄 임플란트 사이에는 차이가 발견되지 않았다. 임플란트 표면의 뼈 접촉과 섬유성 조직접촉의 비율을 비교하면, 지르코니아가 1.
- 6개월 뒤, 조직반응을 살펴본 결과 신생골의 합성을 확인할 수 있었으며, 어떠한 조직 부작용도 관찰할 수 없었다. 이처럼 토끼를 이용한 in vivo 실험에서 지르코니아 임플란트의 뛰어난 생체적합성을 확인할 수 있었으며, 티타늄 임플란트에 준하는 신생골 생성 및 뼈의 부착을 관찰할 수 있었다.
- 식립 1달, 2달, 3달 후 plaque index, gingival index, cervical fluid volume unit, probing depth 등의 임상적인 결과를 살펴보았으며, 마지막으로 시편을 만들어 조직학적으로 분석하였다. 임상적인 결과값은 하중, 비하중 group이 동일하였으며, 두 group 모두 시편 상에서 직접적인 신생골 부착이 확인되었다. 하지만 하중 group에서 치조골의 소실이 더 큰 것으로나타났다.
- 이를 통해 신생골 형성을 살펴본 결과, 지르코니아와 티타늄 임플란트 사이에는 차이가 발견되지 않았다. 임플란트 표면의 뼈 접촉과 섬유성 조직접촉의 비율을 비교하면, 지르코니아가 1.47 (SD 1.12), 티타늄이 0.95 (SD 1.10)로 유의미한 차이가 나타났다(P = .02). 이는 지르코니아 표면에서 더 많은 bony healing이 발생했음을 의미한다.
- 환자에게 총 53개의 HA- coated 티타늄 임플란트를 식립하였으며, 이 중에서 동요도, 방사선학적 병소 등의 이유로 45개의 임플란트가 제거되었다. 제거된 임플란트를 SEM으로 관찰한 결과, 시간이 지날수록 HA의 코팅층이 점점 얇아지는 것이 관찰되었다. XRD 및 electron spectroscopy 분석에서는 HA가 무정형 인산칼슘, TCP (β-tricalcium phos-phate)등으로 변성된 것이 관찰되었으며, bulk coating chemical analysis에서는 Ca/P 비율이 높아진 것이 관찰되었다.
- 더욱이 임플란트 식립 3주부터 주변에서 신생골의 생성이 관찰되었다. 종합적으로 보았을 때 HA-지르코니아 FGM의 높은 생체적합성을 확인할 수 있었다.
- 하지만 ALP 활성을 통해 본 세포분화는 코팅하지 않은 경우보다 HA/P-glass 코팅이 더 높았으며, 순수 HA 코팅한 경우와 유사하였다. 종합하면 P-glass를 HA와 함께 포함시켜 코팅 처리하면 순수 HA 코팅 수준의 생체적합성과 동시에 더 향상된 기계적 성질을 얻을 수 있었다.
- 또한 MTT assay를 통해 세포증식을 관찰하고, ALP 활성을 통해 세포분화 정도를 관찰하였다. 코팅의 여부와 관계없이 세포증식은 단순배지배양과 유사하였으며, 세포분화에 대해서는 RKKP를 코팅한 시편에서 크게 증가하였다. 모든 시편이 적절한 생체적합성을 지녔으며, RKKP는 세라믹의 생체활성에 기여하는 것으로 보인다.
- 모든 시편에 대해 감염, 염증 등의 조직 부작용은 관찰되지 않았으며, 다공성 구조를 가진 경우 더 빠른 조직접촉을 이루는 것이 관찰되었다. 토끼의 연조직 외에도 쥐의 연조직을 이용한 in vivo 실험에 대해서도 지르코니아는 뛰어난 생체적합성을 보였다. Christel 등5은 Y-PSZ를 이용하여 원통형의 시편을 제작하여 생체적합성을 살펴보았다.
- 환자에서 이루어진 임상연구에서 지르코니아를 이용할 경우 연조직 세포의 부착 및 증식이 증가하며, 염증반응이 적게 일어났음이 확인되었다.
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