골기질 및 골형성 관련 성장인자로 표면처리한 치과용 임프란트 주변골의 변화

오영수; 최목균

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골기질 및 골형성 관련 성장인자로 표면처리한 치과용 임프란트 주변골의 변화
The changes of the bone surrounding the dental implant with the surface treated by bone matrix and growth factors with bone formation

대한구강악안면임플란트학회지 2004년 8권 1호 p.72 ~ 96

오영수, 최목균,

소속 상세정보

오영수 ( Oh Young-Su ) - 조구치과
최목균 ( Choe Mok-Gyun ) - 가톨릭대학교 의과대학 치과학교실

KMID : 0602720040080010072

Abstract

구강악안면 영역의 재건 및 치아 보철물로 사용되고 있는 다양한 임프란트의 주변골 반응에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중에서도 조기의 골치유 반응의 유도 및 임프란트와 골의 접촉에 대한 연구는 대단히 중요하다. 임프란트 주변골 치유과정 중에 일어나는 생물학적 반응에 대한 연구는 최근까지 충분히 이루어지지 못하고 있는 상태이며, 특히 성장인자나 기질 단백질로 임프란트 표면처리시에 일어나는 주변골 반응에 대한 연구는 매우 적은 편이다. 최근에는 조기에 골치유를 촉진하거나 임프란트와의 긴밀한 골접촉을 증가시키기 위해 인슐린 유사 성장인자 (insulin-like growth factor, IGF), 섬유모세포 성장인자 (fibroblast growth factor, FGF), 골형성 단백질 (bone morphogenetic protein, BMP), 혈소판 유래 성장인자 (platelet-derived growth factor, PDGF) 등 여러 가지 성장인자들이 사용되고 있다. 골의 재생에는 여러가지 성장인자가 관여하며, 이들 서장인자의 인위적인 투여는 다양한 골성장 반응을 일으켰다. 그러나, 시험관에서의 관찰과 달리 임상에서는 매우 편차가 심한 결과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 또 골기질과 성장인자는 복잡한 상호작용을 보이는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 골형성과 관련된 골기질 단백질 및 성장인자로 표면처리된 임프란트의 주변골 치유과정에서, 골기질 단백질 형성 및 골의 성장반응에 관여하는 여러 성장인자와 골기질 관련물질의 변화에 대해 알아보기 위하여 티타늄 원판(titanium disk) 표면에 기질 단백질인 osteonectin (ON)과 collagen에 골 관련 성장인자인 IGF, FGF, BMP를 혼합하여 피복한 후 titanium disk 표면의 골세포 분화과정을 관찰하였다. 또한 동일한 방법으로 표면처리한 나사형 임프란트를 성숙한 백색 토끼 장골에 식립한 후, 기간(3일, 1주, 2주)에 따른 골기질과 관련 단백질의 분포의 변화를 면역조직화학적 방법 등으로 관찰하고, 동시에 골의 내부증식의 특성을 조직형태계측학적 방법으로 확인하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. collagen과 ON을 함께 피복한 경우 (기질 복합체)에 단백질 형성이나 alkaline phosphatase (ALP) 활성 등 골세포의 활성이 높게 나타났으며, 여러가지 성장인자를 혼합하여 피복한 경우에 골세포의 활성은 더욱 증가하였다. BMP와 기질 복합체의 피복시에는 ALP 활성이 유의한 증가를 보였다. (P<0.05). 2. collagen과 ON을 함께 피복한 경우에는 collagen 단독으로 피복한 경우보다 증가된 골증식과 골형성을 보여주었다. 성장인자의 국소적인 농도의 증가와 지속적인 농도유지는 ON이 성장인자에 결합할 수 있다는 사실에 기인한다고 볼 수 있다. 3. 기질복합체와 성장인자로 피복한 임프란트는 주변골에서 조기에 골의 증식과 형성을 증가시켰으며, 주변 골조직의 밀도를 증가시키고 골개조를 유도하는 것으로 관찰되었다. 4. 이 연구에서 사용된 골 관련 성장인자 중에서 BMP가 골세포의 증식과 분화에서 가장 우수한 결과를 나타내었다. 이것은 골의 지속적인 골개조와 골성숙에 긍정적인 역할을 할 것으로 보인다. 이상의 결과로서 향후 임프란트의 표면처리에서 다양한 골기질 단백질 복합체와 성장인자의 복합물질이 기존의 임프란트 금속표면처리와 연계하여 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

There are large number of researches on the bone responses around various titanium implant materials which have been used for oral & maxillofacial reconstruction and dental prosthesis. Among others, researches on the early bone healing and bone-implant integration are very important. The knowledge of the biologic responses in the bone healing process around dental implants is insufficient up to now, especially in the effects of surface treatment of implant with growth factors or matrix proteins. Recently, growth factors-insulin-like growth factor (IGF), fibroblast growth factor (FGF), bone morphogenetic protein (BMP) and platelet-derived growth factor (PDGF)-were used to accelerate bone healing process and to get increased bone implant contact early. Several growth factors are involved in the bone regeneration, and administration of these growth factors leads to bone growth. But, the results of the investigations were controversial, especially in clinical applications, and bone matrix and growth factors have been known to have wide ranges of interactions. The purpose of this study was to investigate the changes of growth factors and bone matrix related materials associated with bone growth response and bone matrix protein production during the healing process of the bone surrounding the surface treated implant by bone matrix protein and growth factors associated with bone formation. Osteonectin, which is a matrix protein, and collagen mixture were coated on the titanium implant surface, the growth factors associated with bone-IGF, FGF, and BMP-were added, and the bone cell differentiation process on titanium surface was observed in vitro. After screw-type titanium implants, which is treated with bone matrix (ON) and growth factor, were installed to tibia of skeletally matured New Zealand white rabbits weighing 2.5 and 3.0kg, the changes of bone matrix protein distribution were observed at different time periods (3 days, 1 wk, 2 wks) by immunohistochemistric methods, and the properties of bone ingrowth and remodeling process in vivo were observed by histomorthometric methods. The Results were as follows ; 1. Matrix mixture coating (collagen-ON) showed more increased bone differentiation and formation than surface coating with collagen only. This may result from the fact that ON may bind to the growth factors, with increased local concentration of the growth factors and prolonged half-life of the growth factors. 2. Collagen coated or matrix mixture (collagen-ON) coated surface showed increased protein production and ALP activity, and the additional growth factortreated surfaces showed further increase in the activities. BMP and matrix mixture showed statistically significant increase in the ALP activities (P>0.05). 3. Growth factor and matrix mixture coated implant showed early bone proliferation and formation, and increased bone density around the implant. 4. Among the growth factors used in this study, BMP showed most effective in the proliferation and differentiation of bone cells. This may enhance the further long-term remodeling and maturation of the bone. These results suggested that the matrix protein mixture and various combination of growth factors could be used as components of the surface treatment for the titanium implant.