[논문]구리/생체활성유리나노입자(Cu/Bioglass nano particles;Cu-BGn)를 첨가한 Mineral Trioxide Aggregate (MTA)의 물성 및 항균 평가

김동애; 전수경

doi:10.5392/jkca.2020.20.06.425

구리/생체활성유리나노입자(Cu/Bioglass nano particles;Cu-BGn)를 첨가한 Mineral Trioxide Aggregate (MTA)의 물성 및 항균 평가
Physical and Antibacterial Evaluation of Copper/Bioglass Nanoparticles (Cu/Bioglass Nano Particles; Cu-BGn) in Mineral Trioxide Aggregate(MTA) 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.20 no.6, 2020년, pp.425 - 432

김동애 (여주대학교 치위생과) , 전수경 (한서대학교 치위생학과)

초록
AI-Helper

본 연구는 상업용 Ortho MTA에 생체활성 유리 나노입자(bioactive glass nano particles)에 구리(Cu) 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 wt%를 첨가하여 새로운 Cu-BGn MTA를 조성하고 세균부착실험을 통한 항균효과와 물성을 평가하였다. 경화시간과 압축강도는 ISO 6876(2012) 규격에 맞추어 직경 4 mm, 두께 6 mm 시편을 제작하여 산출하였으며, 항균효과는 S. mutans, E. faecalis 2개의 균주를 이용하여 평가하였다. 실험 결과 경화시간과 압축강도는 Cu-BGn 첨가와는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). 항균실험 결과 대조군 Ortho MTA와 비교하여 Cu-BGn을 4.0 wt% 첨가한 S. mutans 실험군에서 낮은 부착 양상을 보였으며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p<0.05). E. faecalis 실험군에서도 4.0 wt% 첨가한 군에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 이는 Cu-BGn의 세균부착 억제 효과가 있음을 입증한 것이라 사료된다. 향후 구강환경을 재현시킬 수 있는 다양한 환경에서의 심도 있는 연구가 필요할 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

For this study copper ions-containing bioactive glass nanoparticles commonly used in mineral trioxide aggregate (MTA) was developed to improve the mechanical properties and promote antibacterial effect of MTA with the original material. The mechanical properties and antibacterial activity of Cu-BGn incorporating varying amounts cooper incorporated bioactive glass nano particles(BGn) 0.5,1.0,2.0 and 4.0 wt% in MTA were characterized composition of the resulting were investigated. The compressive strength was calculated by weighing specimens with a diameter of 4 mm and a thickness of 6 mm according to ISO 6876 (2012). The antimicrobial effect was evaluated using two strains of S. mutans and E. faecalis. The mechanical properties of the test results was Cu-BGn increased no statistically significant difference was observed (p>0.05). Adhesion experiment results S. mutans in contrast to the control group Ortho MTA, 4.0 wt% of Cu-BGn added experimental group showed a significant difference was observed (p<0.05). Also, E. faecalis statistical analysis indicated a significant difference for antibacterial agents between control and Cu-BGn containing(p<0.05). It seems that this Cu-BGn proved that even a antibacterial effect was demonstrated. Therefore, it was suggest that it is necessary for in-depth research into various environments that can reproduce the oral environment.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Net setting time for the Cu-BGn containing MTA.Same lower case letters indicate no significance different (p<0.05)
그림 Fig. 2. Compressive strength of the Cu-BGn. Same lower case letters indicate no significance different (p>0.05)
그림 Fig. 3. The bacterial adherence on the sample surface after incubation for (A) S. mutans (SM). (B) E. Faecalis (EF).Same lower case letters indicate no significance different (p<0.05)
표 Table 1. Comparison of mean values and standard deviations of bacteria adherence

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 Cu-BGn을 상업용 MTA에 첨가하여 경화 시간과 압축강도를 평가하고 세균부착 억제 효과를 연구하였다. Cu-BGn의 첨가량에 따라 유리되는 Cu²⁺ 이온의 농도와 그에 따른 PH변화 및 Cu-BGn의 정확한 작용과 기전에 대하여 명확히 밝히지 못한 미흡한 부분이 있으나 Cu-BGn의 항균효과를 입증한 점에서 큰 의미가 있다.
본 연구는 기존의 MTA에 생체활성 유리나노입자 (BGn)와 구리(Cu)를 농도별로 합성하여 경화시간과 압축강도를 측정하고 시간 경과에 따른 S. mutans, E. faecalis 2균주에 대한 항균효과를 연구하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
이에 착안하여 본 연구는 기존의 MTA에 Cu와 sol-gel법에 의해 제조된 생체활성 유리 나노입자 (bioactive glasses nano particles: BGn)의 복합 물질인 Cu-BGn을 첨가하여 물성 개선과 구강 내 세균부착 억제를 통한 항균효과를 알아보고자 한다.

제안 방법

mutans와 지속되는 치근부위 병변의 원인이 되고 실패한 근관 치료 시에 근관 내에서 더 많이 발견되는 그람 음성 호기성인 E. faecalis 균주의 세균부착실험을 통해 항균효과를 평가하였다.
0 wt%) 첨가하였다. 0.5%-4.0%의 4개의 실험 군과 Cu-BGn을 첨가하지 않은 MTA를 대조군으로 세균부착 실험을 통한 항균효과와 경화시간 및 압축강도를 연구하여 물리적 성질에 미치는 영향을 평가하였다.
10%의 프레스토블루 (PrestoBlue®, Molecular Probes, USA)를 첨가하고 다시 1시간 이후 96 well-plate에 100 μl 담아 마이크로리더기를 이용하여 흡광도를 570 nm에서 600 nm 에서 시편당 3회 반복 측정하였다(BioTek, Winooski, VT, USA).
1) mm 의 원통형 압자를 이용하여 침의 압흔이 완전한 원형을 형성하지 못할 때까지의 시간으로 측정하였다. 각 군별로 세 번 반복 측정하여 MTA의 순경화시간 으로 측정하였다.
10%의 프레스토블루 (PrestoBlue®, Molecular Probes, USA)를 첨가하고 다시 1시간 이후 96 well-plate에 100 μl 담아 마이크로리더기를 이용하여 흡광도를 570 nm에서 600 nm 에서 시편당 3회 반복 측정하였다(BioTek, Winooski, VT, USA). 모든 실험은 무균실에서 처리하였다.
순경화시간은 ISO 9917[15]에 따라 혼합한 MTA를 몰드 내에 채운 다음 (37±1)℃ 상대습도 100% 항온수조 에서 무게(400±5) g, 침의 끝 부분 직경(1±0.1) mm 의 원통형 압자를 이용하여 침의 압흔이 완전한 원형을 형성하지 못할 때까지의 시간으로 측정하였다.
시편은 각 실험군당 10개의 시편을 제작하였으며, 제조사의 지시대로 혼합하여 분리형 금속 몰드에 주입한 다음 37±1℃, 상대습도 100% 조건에서 경화된 후 시편을 제거하고 37℃ 증류수에 24h 보관하였다.
이에 본 연구에서는 무기충전재이면서 항균효과 있다고 알려진 Cu의 합성을 용이하게 하기 위해 생체활성 유리 나노 입자(Bioactive glass nano article: BGn)에 졸-겔 공법을 이용하여 상업용 Ortho MTA(3M ESPE, USA)에 구리(Cu)를 무게비로 (0.5-4.0 wt%) 첨가하였다. 0.
재료시험기(Instron 8871, Instron 3344, Norwood, MA, USA)를 이용하여 분당 1 mm/min의 속도로 압축강도를 측정하였다.
MTA는 최근 국내에서 개발된 Ortho MTA (BioMTA, KOREA, Lot number OM1604D12)을 사용하였다. 제조한 구리-생체활성 유리 나노입자 (Cu-BGn)를 무게비(wt%)로 계산하여 0.5, 1.0, 2.0, 4.0%를 첨가하여 균일하게 혼합될 수 있도록 지르코니아 볼을 사용한 볼밀(ball mill) 혼합으로 복합 분말을 제조하였다.

대상 데이터

MTA는 최근 국내에서 개발된 Ortho MTA (BioMTA, KOREA, Lot number OM1604D12)을 사용하였다. 제조한 구리-생체활성 유리 나노입자 (Cu-BGn)를 무게비(wt%)로 계산하여 0.
S. mutans(ATCC 25175)와 E. faecalis(ATCC 19433)를 각각 제조사의 지시에 따라 배양하여 1 x 10⁷ CFU/ ml 만들었다. 이것의 100 ul를 12 well 안에 들어있는 멸균된 시편의 표면 위에 떨어트려 1시간 동안 5% CO2의 37℃ incubator에서 배양 후 PBS로 3회 세척 하였다.
본 연구에 사용된 구리이온-생체활성 유리 나노입자는 polyethylene glycol(PEG)(C2H4)nH2O) (Sigma –Aldrich, USA)의 5g과 tetrahydrate(Ca(NO3)2·4H2O)(Sigma–Aldrich, USA)의 0.189 g을 혼합하고 0.031 g의 Cu (Sigma– Aldrich, USA)를 150ml의 alkaline methanol(pH 12.5)에 용해시켰다.
실험에 사용된 시편은 디스크 형태의 테플론 몰드 (φ = 10 mm, h= 2 mm)에 제조사의 지시대로 분액비 2:1의 비율로 혼합한 후 경화된 후 몰드에서 시편을 제거하였다.

데이터처리

통계분석은 SPSS Statistics 20 (SPSS, USA)을 이용 하였으며, 정규성 검정을 통해 정규성을 확인하고 물성의 통계적 비교와 항균실험 결과는 one-way ANOVA Tukey HSD 다중비교 분석을 하여 유의수준 p<0.05 로 하였다.

이론/모형

Cu-BGn은 제조사에서 지시한 대로 혼합한 후 ISO 규격 6876을 기준으로 하여 순경화시간을 측정하였다. 순경화시간은 ISO 9917[15]에 따라 혼합한 MTA를 몰드 내에 채운 다음 (37±1)℃ 상대습도 100% 항온수조 에서 무게(400±5) g, 침의 끝 부분 직경(1±0.
기계적 특성 평가를 위하여 0, 0.5, 1, 2, 4 wt% Cu-BGn MTA를 ISO 규격 6876[16]에 따라 압축강도를 평가 하였다. 시편은 각 실험군당 10개의 시편을 제작하였으며, 제조사의 지시대로 혼합하여 분리형 금속 몰드에 주입한 다음 37±1℃, 상대습도 100% 조건에서 경화된 후 시편을 제거하고 37℃ 증류수에 24h 보관하였다.
시편은 각 실험군당 10개의 시편을 제작하였으며, 제조사의 지시대로 혼합하여 분리형 금속 몰드에 주입한 다음 37±1℃, 상대습도 100% 조건에서 경화된 후 시편을 제거하고 37℃ 증류수에 24h 보관하였다. 압축강도는 ISO 규격 6876[16]에 따라 직경 4 mm, 높이 6 mm의 실린더 주형의 금속 몰드를 이용 하였으며, 다음 공식에 의하여 산출하였다.

성능/효과

1. Cu-BGn 첨가량이 증가함에 따라 경화시간과 압축강도에는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (p>0.05).
2. S. mutans 균주는 Cu-BGn의 함량이 4.0%에서 세균부착이 감소하였으며, 2시간 실험군에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
3. E. faecalis 균주는 Cu-BGn의 함량이 4.0%에서 세균부착이 감소하였으며, 2시간 실험군에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
E. faecalis(EF)균주 실험결과는 Cu-BGn0 (0.05-0.63 nm), Cu-BGn0.5 (0.10-0.60 nm), Cu-BGn1.0 (0.07-0.58 nm), Cu-BGn2.0 (0.09-0.59 nm), Cu-BGn4.0 (0.08-0.47 nm)로 S. mutans(SM)균과 마찬가지로 2 시간 실험군부터 Cu-BGn0 (0.20 nm)에 비해 Cu-BGn4.0 (0.09 nm)로 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.05)[Fig. 3B].
S. mutans 균주와 E. faecalis 균주 모두 Cu-BGn 함량에 따른 세균부착 실험 결과 4.0%의 농도에서 다소 세균부착률이 감소하는 양상을 보였으며 2시간 경과된 실험군에서는 통계적 유의한 차이를 보여 우수한 항균성 보였다(p<0.05)[Fig. 3A][Fig. 3B].
S. mutans(SM)균주의 실험결과는 Cu-BGn0 (0.13-0.64 nm), Cu-BGn0.5 (0.14-0.63nm), Cu-BGn1.0 (0.13-0.62 nm), Cu-BGn2.0 (0.10-0.51 nm), Cu-BGn4.0 (0.08-0.37 nm)으로 2 시간 실험군 에서는 Cu-BGn0 (0.32 nm)에 비해 Cu-BGn4.0 (0.11 nm)로 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.05)[Fig. 3A].
Yang 등[14]은 항균효과를 보인 5% 농도에서 Cu-BGn의 방출되는 Cu²⁺ 의 이온을 측정한 결과 다른 농도에 비해 높게 나타났다고 보고되었다. 다만 사용되었던 재료와 균주의 차이는 있으나 Cu의 농도가 증가함에 따라 항균효과를 보여 Cu-BGn의 효과를 입증하였다.
faecalis 와 같은 혐기성 균에 억제 효과가 나타나지 않았다고 보고하였다. 본 실험에서도 MTA만 사용한 대조군에서는 항균효과를 보이지 않았지만 실험군인 Cu-BGn 4% 농도에서 세균억제효과가 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 Cu²⁺ 의 방출되는 양과 연관성이 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서 Cu-BGn을 합성한 MTA에서도 경화과정에서 발생되는 재료의 특성으로 인해 경화반응속도에 크게 영향을 미치지 않은 것으로 사료된다. 압축강도의 결과 대조군에 비해 Cu-BGn을 첨가할수록 통계적 유의성은 보이지 않았으나 강도값이 증가하는 양상을 보였다.
압축강도는 47-53 MPa로 각 농도별로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않아 크게 영향을 주지는 않는 것으로 나타났다(p>0.05).
본 연구에서 Cu-BGn을 합성한 MTA에서도 경화과정에서 발생되는 재료의 특성으로 인해 경화반응속도에 크게 영향을 미치지 않은 것으로 사료된다. 압축강도의 결과 대조군에 비해 Cu-BGn을 첨가할수록 통계적 유의성은 보이지 않았으나 강도값이 증가하는 양상을 보였다. Ber 등[22]은 MTA 충전 시 압축 강도는 일반적으로의 응축력에 크게 좌우되지 않는다고 보고하였으며 Zheng 등[13]은 Bioglass 45S5에 Cu-BGn을 합성한 결과 Cu이온을 추가할수록 물성 변화가 없는 것으로 나타나 본 연구결과와 일치하였다.

후속연구

본 연구는 시판되고 있는 Ortho MTA에 Cu-BGn을 첨가하여 기존의 제품이 가지고 있는 물성에 대한 평가와 치주조직을 감염시킬 수 있는 균에 항균효과가 있음 을 입증하였으나 실제 임상적으로 유사한 구강 환경에서의 다양한 기계적 평가와 오랜 시간 경과에 따른 항균 효과에 대한 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
Cu-BGn의 첨가량에 따라 유리되는 Cu²⁺ 이온의 농도와 그에 따른 PH변화 및 Cu-BGn의 정확한 작용과 기전에 대하여 명확히 밝히지 못한 미흡한 부분이 있으나 Cu-BGn의 항균효과를 입증한 점에서 큰 의미가 있다. 추후 상업적으로 사용되고 있는 여러 종류의 MTA와 균들에 의해 영향을 받을 수 있어 다양한 환경에서의 심도 있는 연구가 필요할 것으로 생각된다.

참고문헌 (23)

M. Torabinejad and M. Parirokh, "Mineral trioxide aggregate: a comprehensive literature review-part II: leakage and biocompatibility investigations," Journal of Endodontics, Vol.36, pp.190-202, 2010.

상세보기
M. Parirokh and M. Torabinejad,"Mineral trioxide aggregate: a comprehensive literature review-Part I: chemical, physical, and antibacterial properties," Journal of Endodontics, Vol.36, pp.16-27, 2010.

상세보기
H. W. Roberts, J. M. Toth, D. W. Berzins, and D. G. Charlton, "Mineral trioxide aggregate material use in endodontic treatment: a review of the literature," Dental Materials, Vol.24, No.2, pp.149-164, 2008.

상세보기
J. Camilleri and T. R. Pitt Ford, "Mineral trioxide aggregate: a review of the constituents and biological properties of the material," International Endodontic Journal, Vol.39, No.10, pp.747-754, 2006.

상세보기
J. Camilleri, F. E. Montesin, K. Brady, R. Sweeney, R. V. Curtis, and T. R. Ford, "The constitution of mineral trioxide aggregate," Dental Materials, Vol.21, pp.297-303, 2005.

상세보기
L. P. Salles, A. L. Gomes-Cornelio, F. C. Guimaraes, B. S. Herrera, S. N. Bao, C. Rossa-Junior, J. M. Guerreiro-Tanomaru, and M. Tanomaru-Filho, "Mineral trioxide aggregate-based endodontic sealer stimulates hydroxyapatite nucleation in human osteoblast-like cell culture," Journal of Endodontics Vol.38, pp.971-976, 2012.

상세보기
D. M. Holt, J. D. Watts, T. J. Beeson, T. C. Kirkpatrick, and R. E. Rutledge, "The Anti-microbial effect against enterococcus faecalis and the compressive strength of two types of mineral trioxide aggregate mixed with sterile water or 2% chlorhexidine liquid," Journal of Endodontics, Vol.33, pp.844-847, 2007.

상세보기
A. Z. AlAnezi, Q. Zhu, Y. H. Wang, K. E. Safavi, and J. Jiang, "Effect of selected accelerants on setting time and biocompatibility of mineral trioxide aggregate(MTA)," Oral surgery, Oral medicine, Oral pathology, Oral radiology, and Endodontics, Vol.111, pp.122-127, 2011.

상세보기
P. Kogan, J. He, G. N. Glickman, and I. Watanabe, "The effect of various additives on setting properties of MTA," Journal of Endodontics, Vol.32, pp.569-572, 2006.

상세보기
C. Estrela, L. L. Bammann, C. R. Estrela, R. S. Silva, and J. D. Pecora, "Antimicrobial and chemical study of MTA, Portland cement, calcium hydroxide paste, Sealapex and Dycal," Brazilian Dental Journal, Vol.11, pp.3-9, 2000.

상세보기
A. Hoppe, N. S. Guldal, and A. R. Boccaccini, "A review of the biological response to ionic dissolution products from bioactive glasses and glass-ceramics," Biomaterials, Vol.32, No.11, pp.2757？2774, 2011.

상세보기
A. Hoppe, N. S. Guldal, and A. R. Boccaccini, "A review of the biological response to ionic dissolution products from bioactive glasses and glass-ceramics," Biomaterials, Vol.32, No.11, pp.2757？2774, 2011.

상세보기
K. Zheng, X. Dai, M. Lu, N. Huser, N. Taccardi, and A. R. Boccaccini, "Synthesis of copper-containing bioactive glass nanoparticles using a modified stober method for biomedical applications," Colloids and Surfaces, Vol.150, pp.159-167, 2017.

상세보기
Y. Yang, K. Zheng, R. Liang, A. Mainka, N. Taccardi, J. A. Roether, R. Detsch, W. H. Goldmann, S. Virtanen, and A. R. Boccaccini, "Cu-releasing bioactive glass/polycaprolactone coating on Mg with antibacterial and anticorrosive properties for bone tissue engineering," Biomedical Materials, Vol.13, pp.015001？015016, 2018.
E. T. Pinheiro, B. P. F. A. Gomes, F. B. Teixeira, C. C. R. Ferraz, A. A. Zaia, and F. J. S. Filho, "Evaluation of root canal microorganisms isolated from teeth with endodontic failure and their antimicrobial susceptibility," Oral Microbiology and Immunology, Vol.18, pp.100-103, 2003.

상세보기
ISO 6876, Root canal sealing materials, Switzerland, International standardization organization, 2012.
T. R. Ford, M. Torabinejad, H. R. Abedi, L. K. Bakland, and S. P. Kariyawasam, "Using mineral trioxide aggregate as a pulp-capping material," The Journal of the American Dental Association, Vol.127, pp.1491-1494, 1995.
Y. C. Hwang, S. H. Lee, I. N. Hwang, I. C. Kang, M. S. Kim, S. H. Kim, H. H. Son, and W. M. Oh, "Chemical composition, radiopacity, and biocompatibility of portland cement with bismuth oxide," Oral surgery, Oral medicine, Oral pathology, Oral radiology, and Endodontics, Vol.107, pp.e96-102, 2009.

상세보기
R. Holland, V. D. de Souza, M. J. Nery, I. M. Faraco Junior, P. F. Bernabe, J. A. Otoboni Filho, and E. Dezan Junior, "Reaction of rat connective tissue to implanted dentin tubes filled with a white mineral trioxide aggregate," Brazilian Dental Journal, Vol.13, pp.23-26, 2002.

상세보기
I. Islam, H. K. Chng, and A. U. Yap, "Comparison of the physical and mechanical properties of MTA and portland cement," Journal of Endodontics, Vol.32, pp.193-197, 2006.

상세보기
I. A. Belio-Reyes, L. Bucio, and E. Cruz-Chavez, "Phase composition of proroot mineral trioxide aggregate by X-ray powder diffraction," Journal of Endodontics, Vol.35, pp.875-878, 2009.

상세보기
B. S. Ber, J. F. Hatton, and G. P. Stewart, "Chemical modification of Pro-Root MTA to improve handling characteristics and decrease setting time," Journal of Endodontics, Vol.33, pp.1231-1234.

상세보기
M. Torabinejad, C. U. Hong, T. R. Pitt Ford, and J. D. Kettering, "Antibacterial effects of some root-end filling materials," Journal of Endodontics, Vol.21, pp.403-406, 1995.

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format