성견에 식립된 sandblasted and large-grit and acid-etched 임플란트에서 N-acetyl cysteine(NAC)의 탑재가 주위 골형성에 미치는 영향에 대한 선행연구 document_id A220623170206

목적: N-acetyl cysteine 를 탑재한 sandblasted and large-grit and acid-etched 임플란트를 성견에 식립한 후, 조직형태학적 분석을 통하여 NAC가 SLA 임플란트 주위의 초기 골형성에 미치는 영향을 알아보고자 한다.재료 및 방법: NAC 탑재 여부에 따라 2개의 실험군으로 구성하였으며, SI 군은 NAC를 탑재하지 않은 SLA 임플란트로, NSI 군은 NAC를 탑재한 SLA 임플란트로 설정하였다. 4마리의 성체 비글 견에 두 실험군의 임플란트를 식립하고 술 후 3주와 6주에 각각 2마리의 비글 견을 희생하여 식립된 임플란트 매식체와 주위 골 조직을 채취하였다. 조직 표본을 제작하고 조직형태학적 검사를 통해 골-임플란트 접촉률 및 골면적비율을 계산하였다. NAC 탑재 여부에 따른 각 실험군간 골-임플란트 접촉률과 골면적비율의 유의성을 알아보기 위해 독립표본 t검정을 이용한 통계분석을 시행하였다. 3주차의 경우 NAC를 탑재한 SLA 임플란트가 일반 SLA 임플란트보다 약 1.5배 높은 골-임플란트 접촉률을 보였으나 통계적 유의성은 없었다. 골면적 비율에서는 NAC를 탑재한 SLA 임플란트가 일반 SLA 임플란트보다 통계적으로 유의성 있게 높은 결과 값을 보였다. 6주차의 경우 골-임플란트 접촉률과 골면적 비율 모두에서 NAC를 탑재한 SLA 임플란트와 일반 SLA 임플란트가 비슷한 결과 값을 보였다. 본 실험의 한계 내에서 NAC는 SLA 임플란트 주위의 초기 골형성에 긍정적인 영향을 미침으로써 임플란트의 골유착기간을 단축시키고 하중 부담시기를 앞당기는 데에 기여할 것이라고 사료된다. 임플란트 매식체를 악골에 식립하면 임플란트 주위 조직은 일련의 3가지 명확한 골치유단계인 골전도, 신생골 형성, 골개조 과정을 거친다. 골전도 단계는 임플란트 식립 직후 임플란트와 골 사이에 혈병이 차고 이로 인해 발생한 섬유소 그물망이 골모세포 등의 골원성 세포의 부착을 증진시켜 임플란트 표면에 직접골화를 일으키는 과정이다. 신생골 형성단계는 골전도 단계에서 생성된 약한 무층골이 층판골로 치환되는 과정이다. 최근 치과임플란트학에서는 이런 골 치유단계 중골 전도와 신생골 형성 능력을 향상시켜 임플란트의 골유착 기간을 단축시키고 하중 부담 시기를 앞당기는 것이 화두이다. SLA 표면처리가 처음 소개된 이후, SLA 임플란트는 높은 표면에너지와 생체 적합성, 그리고 골세포에 친화적인 표면지형을 가져 임상적으로 널리 사용되고 있다. SLA 표면처리는 250 - 500 µm의 알루미나 입자로 분사한 후, 염산과 황산의 혼합용액에 담가 수 분간 부식시키는 방법이다. 이 방법으로 생성된 표면의 거칠기는 대략 1.5 µm이다. Wennerberg 등에 의하면 표면 거칠기가 1.4 µm를 보인 임플란트 군이 0.7 - 1.2 µm의 상대적으로 부드러운 표면을 가지거나 2.2 µm의 더 거친 표면을 가진 임플란트보다 더 많은 골-임플란트 접촉을 보인다고 보고하였다. 이러한 SLA 표면의 특징적인 거칠기와 미세 소와는 표면적을 늘리고 섬유소 골격과 골원성 세포의 유착을 증진시키는 효과가 있다. Perrin 등도 SLA 표면의 골친화적 특성은 표면의 성분보다는 지형학적특성에서 기인하다고 하였다. SLA 임플란트는 이런 장점을 바탕으로 하중부담시기를 6주까지 앞당기고 임상적으로 널리 사용하게 되었다. 따라서 SLA 임플란트가 여러 가지 임플란트 종류 중 가장 골유착을 앞당길 수 있는 표면 특성을 가졌으며 상업적으로 널리 사용되고 있고 적당한 표면 거칠기를 가져 NAC를 탑재하기 용이하다고 판단하여 본 연구의 주요한 실험재료로 사용하였다. Lee 등42의 연구에 의하면 순수한 티타늄임플란트와 TiO2 나노튜브 임플란트에 NAC를 탑재한 후 용출실험을 진행한 결과, TiO2 나노튜브 임플란트에서는 5일 째까지, 순수한 티타늄 임플란트에서도 2일 째까지 NAC가 용출되었다고 보고하였다. 또한 NAC가 탑재된 순수 티타늄 임플란트와 TiO2 나노튜브 임플란트 모두에서 NAC가 탑재되지 않은 임플란트와 비교하여 표면 습윤성 및 골모세포의 생존율이 확연하게 증가되었다. 또한, 마이크로 컴퓨터단층촬영 검사 결과, 임플란트 식립 4주차의 NAC를 탑재한 TiO2 나노튜브 임플란트에서확연하게 높은 무기질 침착과 골형성을 보였다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 위와 같은 선학들의 연구결과를 바탕으로 성체 비글 견에 식립된 SLA 임플란트에서 NAC가 초기 골형성에미치는 영향을 알아보기 위해 in vivo 실험을 진행하였다.두 종류의 SLA 임플란트의 주변 골 형성에 관한 조직형태학적 연구를 성견에서 시행한 Lai 등의 연구를 보면 2주, 4주, 8주후에 각각 조직표본을 채취하였는데, 2주와 4주 후에는 BIC%에서 유의한 차이를 보였으나, 8주 후에는 유의한 차이를 보이지않았다. 이에 비해 본 연구는 SLA 임플란트에서 NAC가 초기 골형성에 미치는 영향을 알아보는 것이 목적이었기 때문에 조금 더빠른 시기인 3주와 6주로 조직표본 채취시기를 정하였다. 임플란트 식립 3주차의 경우, NAC를 탑재한 SLA 임플란트가 NAC를 탑재하지 않은 SLA 임플란트보다 약1.5배 높은 골-임플란트 접촉률을 보였으나 통계적 유의성은 없었다. 결과 값의 큰 차이에도 불구하고 3주차골-임플란트 접촉률에서 통계적 유의성이 없는 이유는 적은 표본크기내에서 평균의 표준편차가 크게 도출되었기 때문이다. Shalabi 등은 동일한 실험개체 내에서도 악골 내의 임플란트 매식체의 위치에 따라 피질골과 해면골 비율이 다르기 때문에 임플란트 주위 골반응이 다양한 값으로 나타난다고 보고하였다. 본 연구에서도 실험군 간의 동등한 조건을 부여하기 위해한 실험군 내의 4개의 임플란트를 다른 비글 개체의 다양한 악골 위치에 골고루 식립하였다. 이는 분명 실험군 간의 공정한 비교에 기여했을 것이라 사료되나 동일 군내 표본이 악골의 다양한 위치에 분산 식립됨으로써 결과값의 표준편차가 커지는 결과를 가져왔을 것으로 사료된다. 그럼에도 불구하고 3주차 골면적 비율에서는 NAC를 탑재한 SLA 임플란트가 NAC를 탑재하지 않은 SLA 임플란트보다 통계적으로 유의성있게 높은 결과 값을 보였다. 비교적 초기 치유시기라고 할 수 있는 3주차의NAC를 탑재한 SLA 임플란트는 후기 치유시기라 할 수 있는 6주차의 NAC를 탑재하지 않은 SLA 임플란트와 비슷한 골-임플란트 접촉률과 골면적 비율을 보였다. 이는 NAC의 탑재가 임플란트의 골유착기간을 줄일 수 있는 약리학적 표면처리방법 중의하나라는 것을 뒷받침한다.여러 연구에서 티타늄 표면에 적용된 NAC는 골전도와 골유착 능력을 향상시킬 수 있는 생물학적 능력이 있다고 하였다. RANKL은 산화스트레스에 의해 발현이 촉진되는 특성을 가지며 파골세포의 분화를 촉진시켜 염증반응과 골 흡수를 유발시키는 물질이다. 반대로 SPARC는 무기질화를 조절하는 세포 외 기질 단백질이다. 세포 내의 증가된 반응 산소 종은 세포내 nuclear factor like 2 활성을 매개로 HO-1을 활성화시키고, runt-related transcription factor-2를 저해시켜 골모세포의 골형성 능력을 감소시키는 결과를 가져온다. Lee 등의 최근 연구에서는 골모세포 내 반응 산소 종이 Nrf2를 활성시키는 과정을 NAC가 차단 및 억제함으로써 이후에 발생하는 모든 변화를 정상수준으로 회복시킨다고 하였다. 본 연구에서 NAC가 탑재된 SLA 임플란트가 초기 골 형성에서 우수한 결과를 보인 이유도 NAC가 항산화 작용을 동반하여 골모세포의 기능을 촉진시키고 파골세포의 기능과 염증반응은 감소시켰기 때문이라고 사료된다. 하지만, 본 연구는 몇 가지 한계점을 가진다. 첫째, 각 실험군당 작은 표본 크기이며 둘째, NAC를 SLA 임플란트에만 적용했다는 것이다. NAC를 다른 표면 특성을 가지는 임플란트에 적용하는 추가적인 연구도 필요할 것이다. 또한 제한된 치유시점에서만 조직학적 관찰이 이루어졌다는 한계도 있다. 골유착이 비교적 빠르게 일어나는 SLA 임플란트의 표면 특성을 고려했을 때, 더 이른 다양한 시기에 조직학적 분석을 하였다면 NAC의 효과를 더욱 정확하게 평가할 수 있었을 것으로 사료된다. 본 실험의 한계 내에서 NAC는 SLA 임플란트 주위의 초기 골형성에 긍정적인 영향을 미침으로써 유착기간을 단축시키고 하중 부담시기를 앞당기는 데에 기여할 수 있다.