Lu 등 [58]의 보고에 따르면 TCP의 생체분해성은 이식초기에 TCP의 용해 및 분해 에 의해 일어나며, 이후 후반기로 갈수록 파골세포 및 식세포 등에 의한 분해과정이 이루어진다고 보고 하였다. Wiltfang 등 [59]은 α-TCP와 β-TCP의 흡수양상을 비교한 연구에서 두 종류 모두 4 주까지 비슷한 양상을 보이다가 16 주차부터 70%, 40% 의 잔존량의 차이를 보였다. 이후 68∼86 주에서는 둘 다 10% 이하의 잔존량을 보였으며 이를 토대로 TCP 식립 후 최소 5∼6 개월 이후에 인공치아 및 임플란트 식립이 가능 할 것으로 보고, TCP의 완전한 흡수 및 골 대체 시기는 약 12∼18 개월 이후로 보고 되고 있다.
Nery, LeGeros, Schwartz 등 [60-62]의 보고에 따르면 HA와 β-TCP를 혼합한 BCP 는 혼합 비율을 조절하여 재료의 생체활성 및 흡수성을 조절할 수 있으며, 이러한 이 유로 현재 치과나 정형외과 영역에서 임상적으로 성공적으로 이용되고 있다. 그러나 생체 내에서 최적의 골 전도성을 나타내기 위한 혼합 비율에 대한 보고가 명확하지 않 으며, HA의 비율이 β-TCP보다 높은 때 신생골 형성이 증가한다는 보고가 있다. 그러 나 Merten 등 [60]의 보고에서는 HA와 TCP 혼합 비율이 25:75 일 때 pure한 TCP보 다 더 빠른 흡수를 나타내며, 단순한 화학적 분해 이외도 파골세포의 활성이 골개조시 기에 더욱더 중요한 역할을 한다고 보고되고 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 대표 적인 인산칼슘계 생체재료인 HA와 β-TCP를 4:6, 5:5, 6:4 비율로 혼합한 합성골 이식 재를 제조하여 이들의 혼합비율에 따른 생물학적, 물리·화학적 특성을 비교 분석하였 다.
Kim 등 [57]의 보고에 따르면, in vivo 특성 평가는 동물에 대한 규제가 있으므로 in vitro 세포특성평가로 세포독성 및 부착실험 등을 언급하였으며, 더불어 뼈 형성에 관 여하는 세포로서 골모세포 (Osteoblast) 또는 유사골모세포(Osteoblast-like cell)를 사 용하는데 특히 골모세포는 인체 경조직에서 추출된 미분환단계의 골형성세포로 비교적 in vivo 상태의 세포 증식 및 분화과정과 유사하지만 정제가 필요하며, 추출부위나 세 포 상태에 따른 실험 오차가 심한 이유로 비교적 잘 알려진 상업적으로 시판되는 유사 골모세포를 사용한다고 보고 하였다. 따라서 이 연구에서는 골 이식재의 세포독성 및 부착실험에 있어서 MG-63 세포를 사용하여 HA/β-TCP 혼합 비율에 따른 합성골 이 식재의 생물학적 특성을 비교 분석하였다.
Ducheyne 등 [22]은 생체세라믹들이 용해, 침전, 이온변화, 침착, 화학주성, 세포 부착 및 증식, 세포 분화, 세포외기질 형성 등의 기전으로 골 조직의 주변 환경과 반응하여 뼈로 대체되어진다고 보고하고 있다. 특히 Famery 등과 TenHuisen 등 [34-35]의 보고 에 따르면 골 이식술에 사용되어지는 골 이식재의 입자크기 (Particle size), 결정화도 (Crystallinity), 미세공극 (Microporosity)과 거시공극 (Marcroporosity), 공극크기 (Pore size) 및 표면 거칠기 (Surface roughness)와 공극률 (Porosity) 등은 생체활성과 밀접한 관련이 있음을 보고하고 있다. 결정화도는 무정형의 상이 아닌 결정격자 내에 개재된 인산칼슘염의 비율로 정의되며 단백질 흡착 및 세포부착, 생체재료의 용해에 중요한 역할을 한다 [47]. 미세공극은 제조과정에서 소결 온도와 기간에 의해 형성되는 10 ㎛ 이하의 공극구조를 의미하며 세포와 체액간의 침투 및 부착에 중요한 역할을 한 다[48]. 거기공극은 100 ㎛ 이상의 공극구조를 의미하며 휘발성 물질의 개재에 의해 형 성된다. 신생혈관의 내부성장 및 지지체로서의 역할을 담당하여 골전도를 유도 한다 [49]. 이에 따라 본 연구에서는 다공성을 가진 구형의 이식재 구조를 형성하도록 제조 하였으며, SEM을 비롯한 XRD, FT-IR 등의 분석으로 합성골 이식재의 HA/β-TCP 혼합 비율에 따른 물리·화학적 특성 및 구조를 분석하였다.
Ca-P 생체물질의 분해는 입자크기, 기공크기, 표면적 및 결정 크기와 구조 등에 따라 물리적인 영향을 받으며, pH, Ca/P 비율과 소결시의 압력과 온도, 이온의 구조에 따라 화학적인 영향을 받는다[60]. 또한 용해도는 골 결정 크기와 관계가 있으며, 아주 작은 양의 크기 변화도 용해도에 민감한 영향을 주게 된다. Ca/P 비율 EH는 Carbonate와 PO₄의 성분비에 따라 생체재료의 반응성에 영향을 준다.
Lu 등 [61]의 동물실험에 의하면 24 주 후 55%의 용해가 일어나고, HA는 5%만 흡 수된다고 하였다. TCP는 HA보다 산성에서 12.3 배, 염기에서 22.3 배 빨리 흡수된다 고 보고되었다. 또한 이러한 흡수에 영향을 미치는 요소는 Ca/P 비율이며, HA의 Ca/P 비율은 1.7, TCP의 Ca/P 비율은 1.67이라고 하였다. 본 연구에서는 HA와 β -TCP의 혼합 비율에 따른 Ca/P 비율과 용해도 및 젖음성 평가를 시행하여 비교 분석 하였다.
1. HA와 β-TCP를 4:6, 5:5, 6:4 의 비율로 혼합하여 제조한 합성골 이식재는 이식재 로부터 용출된 고농도의 칼슘이 용출과정에 의해 희석되어짐에 따라 HNOK 정상세포 와 MG-63 조골세포 모두에서 높은 세포안정성 및 부착성을 나타내었다. 특히, HA/β -TCP 비율이 4:6인 합성골 이식재에서 가장 적합한 생물학적 조건을 제공하는 것으로
나타났다.
2. HA와 β-TCP를 4:6, 5:5, 6:4 의 비율로 혼합하여 제조한 합성골 이식재는 모두 0.5∼1.mm 의 동일한 입자크기의 다공성을 가진 구형의 이식재 구조를 형성하고 있으 며, 모두 균일한 거칠기 구조와 더불어 적합한 공극크기 및 구조를 형성하고 있었다.
특히, HA/β-TCP 비율이 4:6인 합성골 이식재에서 골 전도성과 관련된 약 130 ㎛의 거시공극을 확인하였다.
3. 이식재 흡수에 있어서 밀접한 관련이 있는 Ca/P 비율은 HA/β-TCP 혼합 비율이 4:6 인 합성골 이식재가 1.64 으로 인체의 뼈 및 치아와 가장 유사한 비율로 확인하였 다.
4. HA와 β-TCP를 4:6, 5:5, 6:4 의 비율로 혼합하여 제조한 합성골 이식재의 결정상 분석결과에서 전체적으로 유사한 XRD 패턴을 보였으며 미지상의 피크 또한 나타나지 않았다. 다만, β-TCP의 배합 비율에 따른 패턴 변화만을 보였다.
5. HA와 β-TCP를 4:6, 5:5, 6:4 의 비율로 혼합하여 제조한 합성골 이식재는 전체적 으로 유사한 스펙트럼으로 화학적 성분 구조의 유사성을 보였다. HA/β-TCP 혼합 비 율이 4:6 인 합성골 이식재에서 극히 작은 부분의 변화이지만 HPO4 흡수파장 (880 cm-1) 이 나타났으며, 이는 HA/β-TCP 혼합비율이 4:6일 때 합성골 이식재가 비화학 양론적 조성의 HA를 포함하고 있음을 의미하거나 결정화도가 낮은 β-TCP 비율에 의 한 결과라고 사료된다.
6. HA와 β-TCP를 4:6, 5:5, 6:4 의 비율로 혼합하여 제조한 합성골 이식재의 용출액 으로 확인한 pH 수치는 모두 인체에 적합한 pH 8.5 ∼ 9.0 인 것으로 확인하였다.
7. HA/β-TCP를 4:6, 5:5, 6:4 비율로 혼합한 합성골 이식재의 용해도 시험 결과에서 는 HA/β-TCP 혼합 비율이 6:4 인 합성골 이식재에서 가장 높은 용해도를 보였다. 이 와 더불어 젖음성 평가에서도 전체적으로 높은 젖음성을 가지고 있음을 확인하였다.
이상의 결과들을 고려했을 때 모든 실험군에서 골이식재로 사용하기 위한 적절한 물
리, 화학적 특성을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 특히 HA/β-TCP가 4:6 비율로 혼합 한 합성골 이식재에서 보다 골 형성세포의 성장에 적합한 생물학적 환경을 제공함을 확인할 수 있었다. 본 연구에서의 시험관적 평가는 비교적 단기간의 제한적 평가로 좀 더 진전된 평가가 필요할 것으로 사료되며, 특정한 표면구조 및 연결성을 가진 macropore가 부여된 HA/β-TCP의 생체 내 골 재생 과정에서의 생물학적 효과를 확인 하기 위해서 향후 동물 실험 등을 통한 신생골 형성을 포함한 골재생양상의 평가가 요 구되어진다.