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문제 정의
- albicans의 부착에 대해 연구한 문헌이 없는 상태이다. 따라서 본 연구에서는PMMA와 비교하여 PEKK 표면에 대한 C. albicans의 부착 정도를 재료의 연마 특성과 관련하여 확인하고자 하였다. 귀무가설로는 PEKK와 PMMA에서 연마 전, 후의 거칠기 차이는 없다는 가설과, 연마 전, 후 PEKK와 PMMA 각 재료에 C.
- 본 연구에서는 C. albicans 부착이 PEKK와 PMMA 두 가지폴리머 표면에서 어떻게 나타나는지를 확인하고, 각 재료 내에서 연마 정도를 달리하였을 때 표면 거칠기의 변화에 따른 영향이 있는지를 확인하고자 하였다. 실험 결과, 거칠기는 연마 후 두재료 모두에서 감소하였으나 PEKK 그룹은 유의한 차이를 보이지 않았고 MP, EP 그룹 간에도 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 본 연구에서는 PMMA 와 PEKK 재료의 연마에 따른 C. albicans 부착의 차이를 보고자 하였다. 실험 결과, MP 그룹과 EP그룹은 거칠기 값에 차이가 없었으나, C.
- PEKK 역시 장차 다양한 분야에서의 활용이 기대되며 재료의 특성과 관련된 연구가 요구된다. 본 연구에서는 이 중에서도 특히 미생물 부착에 대해 살펴보고자 하였다. PEKK 표면에 부착될 수 있는 미생물은 여러 종류가 있으나 가철성 보철물로의 다양한 활용이 기대되는 만큼 의치성 구내염에 대한 고려가 필요하여 의치성 구내염과 관련된 Candidaspp.
- albicans 부착에 대해 미치는 영향이 변화될 수 있다. 하지만 본 연구에서는 이러한 실제 구강내 환경에서 실험을 할 경우 영향을 미칠 수 있는 다양한 요인들은 배제하고 표면 특성의 영향만을 살펴보고자 하였으며, 이에 C. albicans 부착이 PEKK와 PMMA 두 가지 폴리머 표면에서 어떻게 나타나는지를 확인하고, 각 재료 내에서 연마가 세균의 부착에 영향을 미치는지를 확인하였다.
가설 설정
- albicans의 부착 정도를 재료의 연마 특성과 관련하여 확인하고자 하였다. 귀무가설로는 PEKK와 PMMA에서 연마 전, 후의 거칠기 차이는 없다는 가설과, 연마 전, 후 PEKK와 PMMA 각 재료에 C. albicans의 부착 정도에 차이가 없다는 두 가지로 설정하고 이를 검증하고자 하였다.
제안 방법
- C. albicans의 부착 실험을 위해 한국 미생물 보존 센터(KoreaCulture Center of Microorganisms, Seoul, Korea)로부터 동결 건조된 C. albicans ATCC 10231 균주를 분양 받아 Sabourauddextrose broth (BD Biosciences Co., Franklin Lakes, NJ, USA)에 접종시킨 후 24 시간 동안 37℃, 호기성 조건 하에 180 rpm으로 배양기에서 진탕배양하고, 혈구계(Marienfeld GmbH & Co.,Lauda-Königshofen, Germany)와 위상차 현미경(Eclipse E200,Nikon, Tokyo, Japan)으로 C. albicans의 농도를 계산하는 동시에 다른 세균 오염 여부와 배양된 C. albicans의 형태를 확인하였다.
- 시편들을 연마 가공하기 위해 시편연마기(LaboPol-5, Struers, Copenhagen, Denmark)와 SiC 연마지(R&B, Daejeon, Korea)를 사용하였다. ER과 MR 그룹에서는 600 grit SiC 연마지만을 사용하여 연마하였고, EP와 MP 그룹에서는 600, 800, 1,000,1,200 grit SiC 연마지를 단계적으로 사용하여 더 활택하게 연마하였다. 각 단계는 400 rpm으로 15 초씩 충분한 주수 하에 시행되었고 이후 이물질을 제거하기 위해 증류수에서 20 분간초음파 세척을 시행하였다.
- 48시간 동안 37℃, 호기성 조건하에서 배양하였으며, 이후 각 고체배지에 당 집락수(CFU:colony forming unit)를 기록하였다. 모든 과정은 무균 술식을 위한 지침을 따라 시행하였으며, 정확한 실험 결과를 위해 각기 다른 시편으로 이와 같은 과정을 3 회씩 반복 시행하였다.
- 이를 37℃, 호기성 조건 하에서 2 시간 동안 100 rpm으로 진탕배양하여 세균이 시편의 윗면에 부착되도록 하였다. 배양 후 우선 부착되지 않은 C. albicans를 제거하기 위해 인산완충용액에 시편을 3 회씩 세척하였다. 이어 부착된 C.
- 시편 표면에서 분리된 C. albicans의 현탁액을 현탁액 50 µL, Sabouraud dextrose broth 450 µL로 10 배씩 연속희석법을 이용하여 희석한 후, 미리 준비해 둔 Sabouraud dextroseagar (BD Biosciences Co.) 고체배지에 이를 50 µL씩 접종하고 멸균된 스프레더(SPL Life Sciences Co., Ltd, Gyeonggi, Korea)를 이용하여 골고루 도포하였다 (Fig. 2).
- 5 mm 두께의 polyethylene terephthalate-glycol copolyester sheet (Duran®#3411, SCHEU-DENTAL GmbH, Iserlohn, Germany)를 이용하여 가압성형하여 음형 주형을 제작하였다. 이 주형 내에 polyvinylsiloxane light body 인상재(Honigum Light Body, DMG,Hamburg, Germany)를 주입하여 PEKK 시편과 같은 체적 및 형태를 갖는 실리콘 더미(dummy)를 제작하였고, 실리콘 더미들을 총의치 제작용 함에 석고로 매몰하고, 석고 경화 후 제거하여PMMA용 음형을 만들었다. 만들어진 음형에 분리제를 도포하고, 제조사의 지시대로 열중합 PMMA 의치상 레진을 혼합 주입한 후 열중합하여(20℃에서 100℃까지 가열하여 30 분 동안 유지 후 실온까지 서서히 냉각) 시편을 완성하였다.
- albicans를 제거하기 위해 인산완충용액에 시편을 3 회씩 세척하였다. 이어 부착된 C. albicans를 시편으로부터 분리시키고 재현탁시키기 위해 무균 상태의 24-well 세포배양 용기의 각well에 소독된 핀셋을 이용하여 시편의 측면에만 접촉하도록 주의하면서 진균이 부착된 면을 위로 향하도록 시편을 위치시킨 후Sabouraud dextrose broth 1.5 mL를 주입하고 각 10회씩 피펫팅을 시행하였다. 시편 표면에서 분리된 C.
- 제작된 PEKK 시편들 중 5 개를 가압성형법에 사용되는 Biostar®(SCHEU-DENTALGmbH, Iserlohn, Germany) 상에 위치시킨 후 0.5 mm 두께의 polyethylene terephthalate-glycol copolyester sheet (Duran®#3411, SCHEU-DENTAL GmbH, Iserlohn, Germany)를 이용하여 가압성형하여 음형 주형을 제작하였다.
- 5 Hz의 scan속도 및 512 × 512 해상도로 30 µm × 30 µm 넓이의 영역에 대하여 각 그룹별 3개의 시편에서 2 부위에서 획득하였고 해당 영역에 대한 평균 거칠기 값인 Sa 값을 구하였다. 주사전자현미경(Sigma 500, Carl Zeiss Corp., Oberkochen, Germany)을 사용하여 시편의 표면 형태를 관찰하였으며 각 그룹별로 3 개의 시편을50 초 동안 25 mA의 전류로 금 플라즈마 코팅(E-1030, HitachiHigh-Tech, Tokyo, Japan) 후, 각각 1,000 배와 20,000 배 확대하여 관찰하였다.
- 치과용 CAD/CAM 밀링 디스크로 개발된 PEKK (Pekkton®Ivory, Cendres+Métaux, Bienne, Switzerland)와 열중합 의치상재료로 사용되는 PMMA (VertexTM Rapid Simplified, VertexDental B.V., Zeist, the Netherlands)를 각각 그룹 E와 M으로 나누고, 각 재료별로 연마 전 그룹(Rough group: ER, MR)과 연마후 그룹(Polished: EP, MP)으로 세분하여 총 4개의 그룹으로 실험을 진행하였다 (각 그룹당 시편은 12 개씩 제작).
- 표면 거칠기 측정을 위해 원자간력 현미경(AFM: atomic forcemicroscope, SPM-9700, Shimadzu corp., Kyoto, Japan)을 이용하였으며, 비접촉 모드 중에서도 동적 모드(dynamic mode)로두께 4 µm, 길이 125 µm, 너비 30 µm인 실리콘 팁 캔틸레버를42 N/m의 힘 상수(force constant)와 320 kHz의 공진주파수로 진동시켜 표면의 영상을 획득하였다.
- 표면 영상은 0.5 Hz의 scan속도 및 512 × 512 해상도로 30 µm × 30 µm 넓이의 영역에 대하여 각 그룹별 3개의 시편에서 2 부위에서 획득하였고 해당 영역에 대한 평균 거칠기 값인 Sa 값을 구하였다.
대상 데이터
- PEKK 시편 제작을 위해 직경 98.5 mm, 두께 16 mm인 PEKK디스크를 CAD/CAM 장비로 가공하여 직경 8 mm, 두께 2 mm인 원판 형태 시편들을 제작하였다. 제작된 PEKK 시편들 중 5 개를 가압성형법에 사용되는 Biostar®(SCHEU-DENTALGmbH, Iserlohn, Germany) 상에 위치시킨 후 0.
- 시편들을 연마 가공하기 위해 시편연마기(LaboPol-5, Struers, Copenhagen, Denmark)와 SiC 연마지(R&B, Daejeon, Korea)를 사용하였다.
- PEKK 표면에 부착될 수 있는 미생물은 여러 종류가 있으나 가철성 보철물로의 다양한 활용이 기대되는 만큼 의치성 구내염에 대한 고려가 필요하여 의치성 구내염과 관련된 Candidaspp. 중에서도 특히 병원성이 가장 높은9-11 C. albicans를 연구대상으로 하였다. 폴리머 표면에 대한 C.
- 2).하나의 시편에서 유래된 현탁액을 각각 3 개의 고체배지에 접종하여 전체적으로는 총36 개의 고체배지에 접종하였다. 48시간 동안 37℃, 호기성 조건하에서 배양하였으며, 이후 각 고체배지에 당 집락수(CFU:colony forming unit)를 기록하였다.
데이터처리
- , Armonk,NY, USA)를 이용하여 시행하였다. 각 시편별로 2곳에서 측정된 거칠기의 평균값과 세균 부착 후 3 개의 고체배지에서 확인된CFU/plate의 평균값을 통계분석에 사용하였으며, 표면 거칠기 및 CFU/plate 각각의 변수에 대하여 Shapiro-Wilk test로 정규성검정을 시행하였고, 그룹간 유의차 여부를 확인하기 위해 oneway ANOVA test 후 Tukey HSD test로 사후 검정하였다. 유의수준은 .
- 3에 제시하였다. 정규성 검정을 위해 Shapiro-Wilk test를 시행하였고 정규성을 따르는 것으로 확인되었다. One-way ANOVA test에서는 P = .
- 통계분석은 SPSS 프로그램(SPSS 19.0; IBM Corp., Armonk,NY, USA)를 이용하여 시행하였다. 각 시편별로 2곳에서 측정된 거칠기의 평균값과 세균 부착 후 3 개의 고체배지에서 확인된CFU/plate의 평균값을 통계분석에 사용하였으며, 표면 거칠기 및 CFU/plate 각각의 변수에 대하여 Shapiro-Wilk test로 정규성검정을 시행하였고, 그룹간 유의차 여부를 확인하기 위해 oneway ANOVA test 후 Tukey HSD test로 사후 검정하였다.
성능/효과
- 2,3 또한 화학적으로는 98%의 황산을 제외하고는 불활성이라는 점과 생화학적으로는 이온과 단량체의 방출이 없어 생체적합성이 우수하다는 장점을 가진다. 이외에도 방사선 투과성을 가져 각종 방사선 검사가 용이하며, CAD/CAM (computeraided design/computer aided manufacturing) 가공, 열가압 주입성형법으로도 보철 제작이 가능하다는 점 등의 여러 장점을 갖는다.
- One-way ANOVA test에서는 P = .003으로 그룹간 유의차가 있는 것으로 확인되었으며, Tukey HSD test로 사후검정 결과 그룹 MR이 그룹이 다른 그룹들 보다 유의하게 더 높은 거칠기를 갖는 것으로 확인되었다 (P< .05)(Table 1).
- Shapiro-Wilk test 시 P>.05로 정규분포를 따르는 것이 확인되었으며, one-way ANOVAtest결과 그룹간 유의차가 있는 것으로 확인되었다.
- 05로 정규분포를 따르는 것이 확인되었으며, one-way ANOVAtest결과 그룹간 유의차가 있는 것으로 확인되었다. Tukey HSDtest로 사후 검정한 결과 그룹 EP에서 그룹 MP (P = .033)보다 유의하게 더 높은 세균 부착이 일어난 것으로 확인되었다 (Table2).
- 결론적으로 EP와 MP 그룹에서 거칠기에는 유의한 차이가 없었음에도 불구하고 세균 부착이 EP 그룹에서 유의하게 더 높았고, 이는 PEKK 시편 연마에 따라 표면 형상이 세균 부착에 더 유리하게 변화되었기 때문으로 사료된다. 따라서, 제한된 실험결과 내에서 PMMA와 비교하여 PEKK에서는 본 연구에 사용된 방법을 통해 유의한 연마 효과를 얻기가 더 어려우며 이는 C.
- 두 번째 귀무가설인 ‘재료별 연마 전, 후의 C. albicans 부착의 차이가 없다’는 EP 그룹에서 MP그룹에 비해 유의하게 높은 값을 보여 기각되었다.
- 결론적으로 EP와 MP 그룹에서 거칠기에는 유의한 차이가 없었음에도 불구하고 세균 부착이 EP 그룹에서 유의하게 더 높았고, 이는 PEKK 시편 연마에 따라 표면 형상이 세균 부착에 더 유리하게 변화되었기 때문으로 사료된다. 따라서, 제한된 실험결과 내에서 PMMA와 비교하여 PEKK에서는 본 연구에 사용된 방법을 통해 유의한 연마 효과를 얻기가 더 어려우며 이는 C.albicans의 부착 증가로 이어질 수 있어 임상 상황에서 이러한 점을 충분히 고려해야 한다고 결론지을 수 있다. 추후 연구에서 더 많은 수의 시편으로, 다양한 연마 방법을 이용하여 실험을 진행한다면 더 의미 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
- 따라서, 첫 번째 귀무가설인 ‘재료에 따른 연마 전, 후의 거칠기 차이는 없다’는 MR 그룹이 다른 그룹에 비해 유의하게 높은 값을 가짐으로 기각되었다.
- 비록 ER과 EP 그룹 사이에서 유의한 Sa 값의 차이가 나타나지는 않았으나, 평균 Sa 값 자체는 EP 그룹에서 더 작게 나타났으며, 일반적으로 알려진 것과는 반대로 연마가 더 진행되어 감소된 거칠기를 갖고 있어야 할 EP 그룹에서의 높은 세균 부착은 기존의 거칠기와 세균 부착과의 관계를 연구한 문헌들17,19과 상반되는 결과를 보였다. 또한 MP 그룹에서는 MR 그룹과 비교하여 유의하게 감소된 거칠기를 보였으나, EP 그룹은 ER 그룹과 유의한 차이를 나타내지 않아 통상의 연마 방법이 유효한 효과를 보이지 못한 것으로 보였다. 추가적으로 촬영한 주사전자현미경영상에서 PMMA 시편의 표면에서는 중합 과정에서 발생한 것으로 사료되는 기포가 관찰되었으며, 연마를 시행함에 따라 표면이 더 균일해졌으나 기포에는 큰 영향이 없는 것으로 보였다.
- 배양된 C. albicans를 시편에 접종 전에 위상차 현미경으로 20배의 배율로 관찰 시 둥근 형태의 C. albicans 세포가 관찰되었고, 가균사나 균사는 관찰되지 않았으며, 원구형(blastospore)으로만 관찰되었다 (Fig. 6). 부착 과정 후 분리된 세균을 고체 배지에 접종 시 연노란색의 평활하고 광택이 있는 표면 및 명확한 경계를 갖는 둥근 형태의 집락이 관찰되었다 (Fig.
- 본 실험에서 C. albicans 부착의 유의한 차이는 EP와 MP 그룹사이에서만 나타났으며, EP 그룹에서 가장 높은 부착을 보였다. 비록 ER과 EP 그룹 사이에서 유의한 Sa 값의 차이가 나타나지는 않았으나, 평균 Sa 값 자체는 EP 그룹에서 더 작게 나타났으며, 일반적으로 알려진 것과는 반대로 연마가 더 진행되어 감소된 거칠기를 갖고 있어야 할 EP 그룹에서의 높은 세균 부착은 기존의 거칠기와 세균 부착과의 관계를 연구한 문헌들17,19과 상반되는 결과를 보였다.
- 실제로 PEKK의 표면 경도는 압흔강도실험으로 측정 시 252 MPa (DIN EN ISO 2039-1)로 제조사에 의해 알려져 있으며, 이는 비교적 높은 값이라 할 수 있다. 본 연구에서는 연마 시 시편 간의 표준화된 결과를 위해 SiC 연마지 만을 이용하여 연마를 시행하였으나 이와 같은 방법은 특히 PEKK재료에서는 연마가 불충분하여 부적절한 것으로 사료되었다. 추후 연구에서는 다이아몬드 연마 페이스트나 퍼미스의 이용과 같은 다른 부가적인 연마 방법을 고려하는 것이 바람직할 것으로 생각된다.
- albicans 부착의 차이를 보고자 하였다. 실험 결과, MP 그룹과 EP그룹은 거칠기 값에 차이가 없었으나, C. albicans 부착은 EP 그룹에서 MP 그룹에 비해 유의하게 더 높은 값을 보였다. 연마 후PEKK 재료의 SEM 영상에서 표면 상에 다수의 돌기가 관찰된 점을 고려하면 본 실험의 제한된 실험 결과 내에서 PMMA와 비교하여 PEKK에서는 단계적 연마지를 이용한 연마를 시행 시 C.
- albicans 부착이 PEKK와 PMMA 두 가지폴리머 표면에서 어떻게 나타나는지를 확인하고, 각 재료 내에서 연마 정도를 달리하였을 때 표면 거칠기의 변화에 따른 영향이 있는지를 확인하고자 하였다. 실험 결과, 거칠기는 연마 후 두재료 모두에서 감소하였으나 PEKK 그룹은 유의한 차이를 보이지 않았고 MP, EP 그룹 간에도 유의한 차이를 보이지 않았다. C.
- albicans 부착은 EP 그룹에서 MP 그룹에 비해 유의하게 더 높은 값을 보였다. 연마 후PEKK 재료의 SEM 영상에서 표면 상에 다수의 돌기가 관찰된 점을 고려하면 본 실험의 제한된 실험 결과 내에서 PMMA와 비교하여 PEKK에서는 단계적 연마지를 이용한 연마를 시행 시 C.albicans의 부착 증가로 이어질 수 있으며, 임상에서도 이러한 점에 대한 신중한 고려가 필요할 것으로 사료되었다.
- 또한 MP 그룹에서는 MR 그룹과 비교하여 유의하게 감소된 거칠기를 보였으나, EP 그룹은 ER 그룹과 유의한 차이를 나타내지 않아 통상의 연마 방법이 유효한 효과를 보이지 못한 것으로 보였다. 추가적으로 촬영한 주사전자현미경영상에서 PMMA 시편의 표면에서는 중합 과정에서 발생한 것으로 사료되는 기포가 관찰되었으며, 연마를 시행함에 따라 표면이 더 균일해졌으나 기포에는 큰 영향이 없는 것으로 보였다. 하지만, PEKK 시편의 경우 추가적으로 연마된 EP 그룹에서 ER그룹과 비교하여 표면과 연결된 다수의 길고 가는 보풀 형태 돌기가 더 다량으로 관찰되었다.
후속연구
- 이외에도 방사선 투과성을 가져 각종 방사선 검사가 용이하며, CAD/CAM (computeraided design/computer aided manufacturing) 가공, 열가압 주입성형법으로도 보철 제작이 가능하다는 점 등의 여러 장점을 갖는다.3,4 의학 분야에서는 이러한 다양한 장점들을 기반으로 이미 1990년대부터 체내 매식체로 폭넓게 활용되고 있으며,3 치과영역에서도 임플란트 고정체, 가철성 보철물의 구조체, 임플란트 피개의치의 구조체, 밀드 바와 하우징, 임플란트용 의치 정밀유지장치, 구개폐쇄장치의 구조물 또는 구개폐쇄부(bulb), 고정성 임시 보철물, 임플란트 임시 지대주 등의 다양한 분야에 활용이 가능할 것으로 기대되고 있다. PAEK 족은 단량체에 포함된 ether기와 ketone기의 개수에 따라 명명되며, polyetherketone(PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone(PEKK), polyetherketoneetherketoneketone (PEKEKK) 등이 있다.
- 17,19 Teughels 등17은 이러한 현상을 비교적 결합력이 약하고 가역적인 초기 부착 과정 동안 거친 표면이 세균을 전단력으로부터 보호하여 비가역적인 부착이 일어날 수 있도록 돕고, 거칠기 증가에 따라 세균이 부착될 수 있는 전체 표면적이 2 - 3배 가량 증가되어 나타나기 때문으로 설명하였다. 본 연구는 이러한 표면 특성에 따른 영향을 위주로 평가를 하고자 하였으나, 시험관 실험(in vitro)이라는 점에서 한계를 가질 수밖에 없었다. 실제 구강내 환경에서는 타액의 존재, 타액성 피막이나, 다른 미생물의 존재, 바이오필름 형성과 성숙 정도에 따라 표면 특성이 C.
- albicans의 부착 증가로 이어질 수 있어 임상 상황에서 이러한 점을 충분히 고려해야 한다고 결론지을 수 있다. 추후 연구에서 더 많은 수의 시편으로, 다양한 연마 방법을 이용하여 실험을 진행한다면 더 의미 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
- 본 연구에서는 연마 시 시편 간의 표준화된 결과를 위해 SiC 연마지 만을 이용하여 연마를 시행하였으나 이와 같은 방법은 특히 PEKK재료에서는 연마가 불충분하여 부적절한 것으로 사료되었다. 추후 연구에서는 다이아몬드 연마 페이스트나 퍼미스의 이용과 같은 다른 부가적인 연마 방법을 고려하는 것이 바람직할 것으로 생각된다.
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