[논문]지르코니아 표면처리가 골유착에 미치는 영향

정진우; 송영균

doi:10.14368/jdras.2021.37.1.23

지르코니아 표면처리가 골유착에 미치는 영향
Investigation of effect of zirconia on osseointegration by surface treatments 원문보기

Journal of dental rehabilitation and applied science = 구강회복응용과학지, v.37 no.1, 2021년, pp.23 - 30

정진우 (단국대학교 치과대학 치과보철학교실) , 송영균 (단국대학교 치과대학 치과보철학교실)

초록
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목적: 본연구의 목적은 다양한 산용액을 이용하여 지르코니아의 표면을 처리하여 표면의 양상과 골유착에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 연구 재료 및 방법: 준비된 지르코니아 디스크에 다양한 산용액 및 광촉매 산부식을 이용하여 표면을 처리하였다. 각 시편을 SEM으로 관찰하고, 골유착을 관찰하기 위해 MC3T3E-1 세포를 이용하여 형광염색과 역전사 중합효소 연쇄반응을 통해 평가하였다. 결과: 처리한 방법에 따라 다양한 거칠기를 보였다. 불산처리군은 표면의 거칠기가 증가하였으나 약한 네트워크 구조를 가지고 있었다. 골유착능에서는 광촉매 산부식을 시행한 군에서 더 좋은 결과를 보였다(P < 0.05). 결론: 지르코니아를 광촉매 산부식방법으로 처리할 경우 다른 산처리방법에 비해 골유착능을 높이는데 효과적일 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: The aim of this study was to investigate effect of zirconia on osseointegration and Surface appearance by surface treatments using various acid solution. Materials and Methods: The prepared zirconia disks were treated with hydrofluoric acid solution and photo-assisted etching under various condition. The surface was analyzed by SEM and the surface roughness was analyzed by using surface profiler. The osteogenic effect of MC3T3-E1 cells was assessed via fluorescent staining observation and reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR). Results: Various roughness were obtained according to the surface treatment method. The surface roughness increased in the group treated with hydrofluoric acid solution, but that had week network structure. In the method using photo-assisted etching, the surface roughness increased in micro units. Cell reaction showed better results in the photo-assisted etching group than in the hydrofluoric acid-treated group (P < 0.05). And it showed even osteoblastic cell distribution in photo-assisted etching group. Conclusion: As a result, the photo-assisted etching method is more effective than the simple acid solution treatment for zirconia treatment for osseointegration.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Selective infiltration-etching (SIE) 방법을 이용하여 다공표면을 만드는 방법이 보고되었지만, 임플란트 고정체의 표면뿐만 아니라 내부의 기계적 성질에도 영향을 미치는 것으로 나타나 널리 사용되지는 못하였다.²⁸ 생체활성물질로 표면을 코팅하는 방법은 표면 자체의 형상을 변형시키는 방법이 아니기 때문에 이번 연구에서는 표면의 거칠기 변화에 연구의 방향을 정하였다.²⁹ 또한 코팅 재료와 지르코니아의 물성 차이로 인한 계면 분리 등의 문제점은 spark plasma sintering (SPS) 등을 이용하여 Functional graded material (FGM)를 제작하는 방법을 사용한다고 하더라도 한계가 있었다.
이번 연구에서는 지르코니아 표면을 다양한 산식각 처리 후 이에 대한 골모세포의 반응을 알아보고자 하였다.

제안 방법

하였으며, 68 wt.% HNO₃에서 7시간 동안 80℃에서 처리한 군(Group 1)과 48% HF Solution에서 10분동안 60℃에서 처리한 군(Group 2) 그리고, HF:H₂O₂:CH₃COOH Solution에서 백금촉매와 Xe lamp를 50 mWcm² 조건으로 조사하여 10분동안 처리한 군(Group 3)으로 나누어 표면처리를 시행하였다(Fig. 1). 모든 시험군은 온도 유지를 위해 간접가열법을 사용하였으며, 산처리 이후에 0.
Dulbecco’s modified eagle medium high glucose (DMEM)(Gibco, Grand Island, USA)에 10% heat inactivated fetal bovine serum (FBS)(CELLect GOLD, MP Biomedicals, Irvine, USA)을 첨가한 뒤, 100 U/mL of penicillin and 10 µg/mL of streptomycin을 첨가하여 배양배지를 제조하였고, 세포 배양기에서 37℃, 5% CO₂의 환경에서 세포를 배양하였으며, 이틀에 한번 배지를 교환하여 주었다. 이후 세포농도가 1 × 10⁵ cells/mL 인 배지를 각 시편이 들어있는 well plate에 주입하였다.
, Seoul, Korea)를 제조사에서 제시한 방법대로 소결하였다. Surface grinding machine (HRG-150, AM Technol- ogy, Asan, Korea)을 이용하여, 직경 15 mm의 디스크 모양으로 절삭을 하였고, 연마기(SPL-15 Grind X, OKAMOTO Co., Saitama, Japan)에서 1.0 마이크론 Diamond particles을 이용하며 최종 높이 1.2 mm의 지르코니아 디스크 시편을 제작하였다.
Y-TZP (Cameleon ET block, Neobiotech Co., Seoul, Korea)를 제조사에서 제시한 방법대로 소결하였다. Surface grinding machine (HRG-150, AM Technol- ogy, Asan, Korea)을 이용하여, 직경 15 mm의 디스크 모양으로 절삭을 하였고, 연마기(SPL-15 Grind X, OKAMOTO Co.
1). 모든 시험군은 온도 유지를 위해 간접가열법을 사용하였으며, 산처리 이후에 0.5 M NaOH에서 중화과정을 거친 후에 초음파세척기를 이용하여, 10분간 3회 세척 후에 건조기에서 60분간 건조하였다. 처리된 시편은 개별포장 후, 산화 에틸렌 가스 멸균을 진행하였다.
세포 접종 후 24시간 이후에 1.5 μM의 Carboxy fluorescein succinimidyl ester (CFSE)를 이용하여 30분 염색한 후 DPBS (pH₇.2)를 이용하여 세척하고 형광현미경을 이용하여 관찰하였다.
시편에 따른 골유착능을 확인하기 위해, 세포 접종 후 24시간, 48시간배양 후 역전사 중합효소 연쇄반응 (reverse transcriptase-polymerase chain reaction, RT- PCR)을 이용하여, type I collagen (Col1a1), alkaline phosphatase (ALP), Runx2의 발현정도를 살펴보았다. 기준이 되는 가사유전자(house-keeping gene)로는 β-ac- tin을 사용하였다.
이번 연구에서는 다른 강산을 사용하는 방법과^{31, 32} 더불어 광촉매를 이용해 산부식 능력을 증가시키는 방법으로 산처리를 시행하였다. 질산을 처리한 경우, 표면적으로 다공구조가 형성이 되지 않았으며, 이것은 골 모세포의 부착에도 영향을 주지 못하였고, 표면처리시 마이크로단위의 표면의 거칠기는 오히려 줄어드는 것으로 나타났다.
5 M NaOH에서 중화과정을 거친 후에 초음파세척기를 이용하여, 10분간 3회 세척 후에 건조기에서 60분간 건조하였다. 처리된 시편은 개별포장 후, 산화 에틸렌 가스 멸균을 진행하였다.
처리된 지르코니아 시편의 표면은 전자현미경(MIRA LMH, TESCAN, Brno, Czech Republic)을 이용하여 관찰하였다.

대상 데이터

골모세포의 반응을 평가하기 위해 MC₃T3-E1 preosteoblastic cell (ATCC cell bank, Manassas, USA)을 사용하였다. Dulbecco’s modified eagle medium high glucose (DMEM)(Gibco, Grand Island, USA)에 10% heat inactivated fetal bovine serum (FBS)(CELLect GOLD, MP Biomedicals, Irvine, USA)을 첨가한 뒤, 100 U/mL of penicillin and 10 µg/mL of streptomycin을 첨가하여 배양배지를 제조하였고, 세포 배양기에서 37℃, 5% CO₂의 환경에서 세포를 배양하였으며, 이틀에 한번 배지를 교환하여 주었다.

데이터처리

Armonk, USA)프로그램을 사용하여 진행하였다. Kruskal Wallis 법을 이용하여 유의수준 0.05에서 분석을 시행하였으며, Mann Whitney법을 이용하여 사후 검증을 시행하였다.

이론/모형

살펴보았다. 기준이 되는 가사유전자(house-keeping gene)로는 β-ac- tin을 사용하였다. 사용된 primer sequences는 다음과 같다(Table 1).

성능/효과

6). 24시간 이후의 유전자 발현도의 차이에서 질산 처리 군에서는 대조군과 차이가 없거나 약간 높은 발현도를 보였으며, 광촉매 처리한 군의 경우, 불산 처리한 군과 유사하거나 더 큰 변화를 보였다(P < 0.05)(Fig. 7).
이 방법은 주로 실리콘-게르마늄 합금의 산부식에 사용되는 방법인데, 실리콘 게르마늄 합금의 경우, 다결정질의(polycrystalline) 형태이기 때문에 유사한 형태를 가지고 있는 지르코니아 에이 방법을 적용하였다^36-38. 이번 실험에서 사용한 조건은 예비실험을 통해 적절 비율 및 전해질 농도를 계산하였으며, 그 결과 열린 다공구조의 네트워크 구조를 갖는 지르코니아 표면을 얻을 수 있었다.
산처리를 시행하였다. 질산을 처리한 경우, 표면적으로 다공구조가 형성이 되지 않았으며, 이것은 골 모세포의 부착에도 영향을 주지 못하였고, 표면처리시 마이크로단위의 표면의 거칠기는 오히려 줄어드는 것으로 나타났다.³³ 지르코니아 산처리에 대한 선행된 연구에서도 질산을 단독으로 사용하기 보다는 불산과 혼합한 용액을 주로 사용하였다.
형광염색결과 광촉매 처리군에서 고르게 퍼진 세포들을 관찰할 수 있었으며, 불산처리군에서도 높은 밀도의 세포가 관찰되었으나, 분포는 고르지 않게 나타났다(Fig. 5).

후속연구

이번 실험의 경우, 단기간동안 세포수준에서 진행된 연구라는 한계점이 있으나, 강산을 사용하지 않고, 광촉매를 이용한 지르코니아의 표면처리방법의 제시라는 점에 그 의의가 있으며, 강산으로 처리한 지르코니아보다 더 좋은 골세포반응을 얻을 수 있었다. 추후, 기계적 강도 및 더 다양한 전해액을 이용한 실험이 필요할 것으로 사료된다.
골세포반응을 얻을 수 있었다. 추후, 기계적 강도 및 더 다양한 전해액을 이용한 실험이 필요할 것으로 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

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].

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