전복 패각 유래 합성골 이식재의 합성 및 특성 분석

Abstract

국문초록

전복 패각 유래 합성골이식재의 합성 및 물리·화학적 특성

강경록

지도교수 : 김수관

조선대학교 치의생명공학과 박사과정

노령 인구 및 구강 질환 환자의 증가 및 임플란트 이식 시술의 발전으로 치조골 재생용 골이식재 개발의 필요성이 대두되고 있다. 치주 질환 치료 방법 중의 하나인 임플란트 이식 시술이 보편화됨에 따라서 고가의 수입 치과 의료용 골이식재는 의료비용 상승의 원인이 되고 있다. 국민 구강 보건 향상을 위한 경제적인 치과 의료용 골이식재의 개발로, 치과 치료비용 감소 방안이 절실히 요구되는 시점이다. 또한 합성골이식재 수요 증가가 예상됨에 따라, 생물학적 안정성 및 우수한 골 형성능을 확보한 경제적인 치과 의료용 합성골이식재 원천 기술 개발 중요성은 더욱 높아지고 있는 추세이다.

본 연구에 목적은 전복 패각으로부터 베타-제삼인산칼슘(β-Tricalcium phosphate, β-TCP)과 수산화인회석(Hydroxapatite, HA)을 합성하여, 이를 원료로 한, 전복 패각 유래 합성골이식재 (HA : β-TCP = 20% : 80%)에 대한 물리·화학적 특성과 생물학적 안정성 평가를 통하여 향후, 치과 의료용 합성골이식재 개발 관련 효용성 분석을 목적으로 한다. 이에 따라 전복 패각으로부터 합성된 합성골이식재 분석을 위하여 한국 식품 의약품 안전처와 한국 식품의약품 안전평가원에서 제공되는 의료기기 평가가이드라인에 의거하여 생물학적, 물리⦁화학적 특성 분석을 시행하였다. 수집한 전복 패각 표면의 오염물 제거를 위하여, 초음파세척기(JAC-4020, KODO, Seoul, Republic of Korea)에서 초음파 세척을 실시한 후, 이로부터 확립된 합성 공정에 따라 β-TCP와, HA를 합성하였다. 합성된 전복 패각 유래 β-TCP와 HA를 80% : 20% 비율로 하여, 합성골이식재 제작 후, 이에 대한 물리· 화학적 특성 분석 및 생물학적 안전성을 분석 하였다.

합성된 전복 패각 유래 합성골이식재는 주사전자현미경(SEM, JSM 840-A, JEOL co., Japan)으로 표면 형상 및 거칠기, 다공성 구조를 분석 하였으며, 에너지 분광분석기(Energy-Dispersive Spectroscopy, EDS, XS-169, Japan)를 통하여, 제조된 합성골이식재의 Ca/P 비율을 측정하였다. 또한 구조 결절성 분석을 위하여 X-선 회절 분석을 실시하였으며, 적외선 분광 분석기(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR; Nicolet 6700, Thermo Electron, USA)를 사용하여 제조된 합성골이식재의 화학적 작용기를 분석하였다.

세포 배양은 Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM, Life Technologies, GRAND Island, NY, USA)배지에 10% (w/v) Fetal Bovine Serum (FBS, Life Technologies, Grand Island, USA)을 혼합하여 5% CO2가 공급되는 37℃, CO2 배양기에서 48 시간 배양하여 사용하였다. 세포독성 평가를 위하여 MTT assay, Cell Live/Dead assay를 수행 하였으며, Alizarine Red S (Sigma-Aldrich Corp., St. Louis, MO, USA) 염색을 수행하여 골모세포의 무기질화를 분석하였다.

전복 패각 유래 합성골이식재는 주사전자현미경 관찰 시 적절한 다공성 구조와, 거칠기를 나타내는 것을 확인 할 수 있었다. EDS 분석을 통한 원소 분석 결과, 모든 성분이 시판되고 있는 합성골이식재와 동일하였으며, 시료 내의 Ca/P 비율 또한 거의 동일함을 확인 할 수 있었다. XRD를 실시하여, 결정성 분석 결과, 시판되고 있는 대조군과의 결정성이 동일함을 확인 하였다. 더불어 화학적 작용기 확인을 위한 적외선 분광 분석 결과, 시판중인 대조군과 동일한 화학적 작용기를 확인 하였다. 합성된 합성골이식재의 생물학적 안전성 평가를 위하여 실시한 MTT 및 Cell Live/Dead assay 분석 결과 제조된 합성골이식재의 세포 생존율은 88.1 ± 0.99%로, 시판되는 합성골이식재의 세포 생존율 86.36 ± 0.95% 이상의 높은 세포 생존율을 확인 할 수 있었지만 통계학적 분석 결과 유의적인 차이는 나타나지 않았다. Alizarine Red S 염색을 통하여 제조된 전복 패각 유래 합성골이식재의 골모세포 무기질화를 확인 하였을 때, 시판되고 있는 합성골이식재 수준과 동일하였다. 또한 백서 두개골 결손 모델에 합성된 합성골이식재의 8주간 골이식 실험을 통한 골이식재로써의 골 유도능 및 전도능을 평가하였을 때, 대조군인 시판되고 있는 합성골이식재 수준의 효과를 확인 할 수 있었으며, 조직학적 분석 결과, 대조군과 동일한 수준의 신생골 형성을 확인하였다.

이와 같은 결과를 종합하였을 때, 전복 패각 유래 합성골이식재는 비교 대상인 시판되고 있는 합성골이식재와 물리· 화학적 특성이 동일하며, 높은 생물학적 안전성 및, 골 유도능 및 골 전도능을 가진 것으로 확인되었다. 이는 향후 치과 의료용 합성골이식재로써 효용 가치가 높을 뿐만 아니라, 경제성이 확보된 치괴의료용 골이식재로써의 활용도가 높아, 임플란트 치료비용 완화를 통한 국민 구강 보건 증진에 기여할 것으로 사료된다.