서 론
치과 수술에서 다양한 생체 재료들이 사용되고 있으며, 이 식 생체 재료들은 구강악안면성형외과 수술, 치주 수술, 임플 란트 수술 등 다양한 분야에서 적용되고 있다. 특히 해부학적 한계나 불량한 골량, 골질 때문에 임플란트를 심기 어려웠던 부위도 골이식을 통해 많이 극복되어 왔다.
그 중 골형성, 골유도 및 골전도 능력을 모두 보유하고 있으
한국인에 있어서 혈소판 풍부 피브린에 함유된 성장인자의 확인
이준우1ㆍ정명진2,3ㆍ송현종1ㆍ한정균1ㆍ양진영1ㆍ김병옥1,*
1조선대학교 치의학전문대학원 치주과학교실, 2연변대학교부속병원 구강과, 3조선대학교 치의학전문대학원 치의생명공학과
Confirmation of growth factors contained in platelet-rich fibrin in Koreans
Jun-Woo Lee1, Zheng Ming Zhen2,3, Hyun-Jong Song1, Jeong-Gyun Han1, Jin-Young Yang1, Byung-Ock Kim1,*
1
Department of Periodontology, School of Dentistry, Chosun University, Gwangju, Korea,
2
Department of Stomatology, The Affiliated Hospital of Yanbian University, Yanji, China,
3
Department of Biodental Engineering, Chosun University, Gwangju, Korea
ABSTRACT
Various biomaterials are used in dental surgeries, including oral maxillofacial, periodontal, and implant surgeries. There is currently much research on synthetic bone grafts. Since synthetic bone lacks an osteo-induction effect despite having osteo- conduction, efforts have been made to increase the rate and quantity of bone formation as well as accelerate the rate of regeneration of damaged tissues by using a mixture of synthetic bone and materials having bone-inducing effects, such as growth factors and bone-formation proteins. The representative material among these is platelet-rich fibrin, which contains osteo- inducing growth factors from autogenous blood. Ten males in their 20s who do not smoke and are healthy without any systemic diseases were selected for the extraction of 20 mL of blood. After centrifuging blood, platelet-rich fibrin was obtained. Exudates were extracted by putting the blood in a bowl for 10 minutes. After preserving the extracted exudates at -70oC, enzyme-linked immunosorbent assay analysis was performed for quantitative evaluation of three growth factors, platelet-derived growth factor BB, insulin-like growth factor-1, and vascular endothelial growth factor. In this study, basic evidence about the clinical use of platelet-rich fibrin in various dental surgeries was obtained, and the role of platelet-rich fibrin was also elucidated by examining the roles of the three growth factors.
Key Words: Blood platelets, Fibrin, Growth factor
Received Aug 17, 2012; Revised version received Sep 3, 2012 Accepted Mar 4, 2013
Corresponding author: Byung-Ock Kim
Department of Periodontology, School of Dentistry, Chosun University, 309 Pilmun-daero, Dong-gu, Gwang-ju 501-759, Korea Tel: 82-62-220-3854, Fax: 82-62-234-2119
E-mail: [email protected]
며 면역 거부반응이 없고 빠른 치유를 보이는 자가골이 가장 이상적인 것은 논란의 여지가 없다[1]. 하지만 채취량이 제한 적이고 불가피한 흡수와 이차적인 결손을 유발하는 것이 단 점이라 동종골, 이종골 및 합성골이 개발되어 임상에서 사용 되고 있으며 특히 합성골에 대한 연구가 많이 행해지고 있다 [2,3].
하지만 합성골 이식은 우수한 골전도 효과에도 불구하고 골 유도 효과가 없기 때문에 자가골과 같은 골형성이 이루어지 지 않는다. 따라서 최근에는 합성골에 골유도성 물질인 성장 인자, 골형성 단백질 등을 혼합 사용함으로써 골 형성 속도와 형성량을 증가시키고, 손상된 조직의 재생 속도를 가속화시 키고자 하는 노력이 계속되어 왔다[4].
그 중 대표적인 방법이 자가혈액에서 골유도성 성장인 자(growth factor)를 함유한 혈소판 풍부 혈장(platelet rich plasma, PRP)을 채취하여 합성골과 혼합하여 사용하는 방 법으로 우수한 골형성 효과를 보인다고 보고되었다[5]. PRP 에는 고농도로 농축된 여러가지 cytokine이 내포되어 있는 데, 그중 platelet derived growth factor (PDGF), tumor growth factor β-1, 2 (TGFβ-1, 2), insunlin-like growth factor-1 (IGF-1), vascular endothelial growth factor (VEGF) 등의 성장인자들과 골, 결합조직, 상피 이동의 기질로 작용한다고 알려진 단백질 이 포함되어 치유와 재생 과정에서 중요한 역할을 하고 우수 한 골형성을 보인다고 발표되었다[6-9]. 그러나 PRP의 골형성 효과가 크지 않다는 여러 연구들도 있고, 제작과정이 복잡하 고 술자의 기술에 많은 영향을 받으며, 제조 시 소의 트롬빈을 응고기시제로 사용하여 광우병에 대한 우려 등의 단점이 보 고된 바 있다[10,11].
그래서 PRP가 가지고 있는 풍부한 생물학적 인자를 안정적 으로 보다 간편하게 고농도로 농축시킬 수 있는 방법들을 모 색하면서 여러 연구에서 자가혈액에서 성장인자를 고농도로 추출하여 적용할 수 있는 새로운 방법으로 혈소판 풍부 피브 린(platelet rich fibrin, PRF)을 제시하였다[12-16].
PRF의 제조과정은 PRP에 비해 간단하다. 환자의 정맥혈 에서 혈액을 채취한 후 400 G에서 10분 동안 원심분리를 하 면 세 개의 층이 생기는데, 그 가운데 층이 PRF층이다. PRF 는 단순화된 농축 혈소판의 새로운 세대로 생화학적 혈액 처 치 없이 이루어지고, 자연적인 것과 유사한 fibrin network로 autologous cicatricial matrix처럼 보인다. 이러한 형태로 PRF 는 혈관화의 천연 유도체, 면역을 이끄는 자연적인 지지대의 구성요소가 되며, 손상된 조직의 폐쇄를 유도, 순환하는 줄기 세포의 포획 등의 역할을 한다.
이러한 PRF는 발치와, guided bone regeneration (GBR), 상 악동 거상술 등 여러 구강외과, 치주과 및 임플란트 수술에 임
상적으로 널리 이용되고 있고, 그에 대한 많은 증례가 발표되 고 있다. 하지만 국내에서는 이러한 PRF의 성장인자에 대한 연구가 미미한 상태로, 본 연구에서는 PRF에 어떠한 성장인자 가 어느 정도의 양이 존재하는지에 대해 기존의 Dohan 등[13]
의 연구에 기초하여 PDGF-BB, IGF-1, VEGF의 3가지 성장인 자에 대한 정량적인 평가를 하고자 한다.
재료 및 방법
피실험자
전신적으로 건강하며, 흡연을 하지 않은 20대의 성인(한국 인) 남성 10명을 대상으로 하였다.
실험 계획
피실험자에게서 혈액 20 mL를 식후 2시간 후에 채취하는 데 정확한 실험을 위해 하루에 2명씩 시행하였다. 채취된 혈액 을 400 G에서 10분 동안 원심분리 시행하였다. 원심분리된 혈 액에서 하방의 적혈구는 포함되지 않고 PRF층만 분리해낸다.
분리한 PRF를 bowl에 10분 동안 놔두어 나온 삼출액을 한 피 실험자 당 100 μL씩 9개의 sample을 수집하여 Eppendorf 2 mL 수집용 튜브에 넣는다. Triplication으로 시행되기 때문에 한 피실험자 당 PDGF-BB 샘플 3개, IGF-1 샘플 3개, VEGF 샘플 3개로 10명의 피실험자에서 총 90개의 sample이 수집되었다.
수집된 90개의 sample을 영하 70oC에서 보관하였다. PDGF- BB, IGF-1, VEGF 등 3가지 성장인자의 정량적 평가를 위해 ELISA Reader기(Thermo Electron Co., Madison, WI, USA)와 Quantikine kit (R&D Systems, Minneapolis, MN, USA)를 사용 하여 분석을 시행하였다.
이 연구는 조선대학교 치과병원 연구윤리심의 위원회의 승
Table 1. PDGF-BB Concentrations
No. of patient Mean (pg/mL) SD
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Average
4,377.8 1,887.8 727.8 2,127.8 662.8 782.8 580.9 576.2 383.2 303.2 1,241.04
7.01
29.34
9.14
56.08
13.88
6.80
28.2
33.4
25.5
24.8
23.415
PDGF: platelet derived growth factor, SD: standard deviation.
인을 받았다(CDMDIRB-015-003).
결 과
10명의 피실험자에서 PDGF-BB, IGF-1, VEGF 3가지의 성 장인자의 평균 농도를 확인한 결과 다음과 같은 결과가 나왔 다.
PDGF-BB (Table 1)
피실험자마다 303 pg/mL에서 4,377 pg/mL까지 다양하게 성장인자의 농도를 확인할 수 있었다(Fig. 1). 또한 본 실험에 서 피실험자 10명의 PDGF-BB의 평균 농도는 1,241 pg/mL, 표 준편차는 1,269 pg/mL로 Dohan 등[13]이 발표한 PDGF-BB의 평균 농도 약 1,000 pg/mL와 큰 차이를 보이지 않았다(Fig. 2).
IGF-1 (Table 2)
각 피실험자에서 3,573 pg/mL에서 700,773 pg/mL으로 피 실험자마다 성장인자의 농도가 매우 큰 차이가 있음을 확인
Fig. 1. The concentration of platelet derived growth factor (PDGF)-
BB in each 10 subjects.
Fig. 2. Comparison of platelet derived growth factor (PDGF)-BB concentrations of this study (A) with the one of Dohan et al. [13] (B).
Table 2. IGF-1 Concentrations
No. of patient Mean (pg/mL) SD
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Average
35,783 39,773 144,973 238,273 700,773 52,873 39,473 3,573 98,673 6,973 131,624.83
10,134 6,022 11,085 10,806 72,310 1,905 1,587 917 17,104 2,406 13,427.6 IGF: insunlin-like growth factor, SD: standard deviation.
Fig. 3. The concentration of insunlin-like growth factor (IGF)-1 in each 10 subjects.
Fig. 4. Comparison of insunlin-like growth factor (IGF)-1 concentra-
tions of this study (A) with the one of Dohan et al. [13] (B).
하였다(Fig. 3). 피실험자 10명의 IGF-1의 평균 농도는 131,624 pg/mL, 표준편차는 194,331 pg/mL로, 마찬가지로 Dohan 등 [13]이 발표한 IGF-1의 평균 농도 약 200,000 pg/mL와 큰 차이 를 보이지 않았다(Fig. 4).
VEGF (Table 3)
각 피실험자에서 21 pg/mL에서 195 pg/mL으로 위의 성장 인자들과 마찬가지로 피실험자마다 성장인자의 농도가 다양 함을 확인하였다(Fig. 5). 피실험자 10명의 VEGF의 평균 농도 는 92 pg/mL, 표준편차는 59 pg/mL로, 마찬가지로 Dohan 등 [13]이 발표한 VEGF의 평균 농도 약 110 pg/mL과 큰 차이를 보이지 않았다(Fig. 6).
고 찰
성장인자는 정상 세포주기에 필수적이기 때문에 동물의 생
명에 중대한 요소이다. 이는 동물체에 항상 존재하는 성분은 아니면서 필요에 따라 신체의 국소부위에서 신생되어 세포 자신이나 인접한 세포의 성장, 증식, 분화는 물론이고, 운동까 지도 촉진하는 기능을 가진 물질이다. 이러한 성장인자는 PRF 에 함유되어 치과와 치주과, 구강외과 및 임플란트에 관련된 수술에서 치유반응을 촉진시키며, 보다 빠른 조직 재생의 효 과를 기대할 수 있다[17,18]. 이중 PDGF-BB, IGF-1, VEGF 등 은 치유반응과 조직 재생에 많은 작용을 한다.
PDGF-BB는 혈소판, 대식세포, 그리고 단핵세포로부터 유 래된다. 혈소판으로부터 유래된 PDGF는 초기에 백혈구와 섬 유아세포를 이주하게 하고, 대식세포로부터 유래된 PDGF는 섬유화과정에 기여하며, 단핵세포로부터 유래된 PDGF는 섬 유아세포의 이주와 증식, 그리고 신행 결체조직의 형성을 야 기한다[19]. 또한 혈관 신생과 콜라겐 합성 및 골재생을 유도 하여 거의 모든 창상 치유에 관여한다[20,21].
IGF는 혈소판 내에 많이 존재하여 골아세포의 전구체에 기 능하고, 이식 후 초기의 미성숙한 섬유성 골을 생성하는 골내 막의 골아세포에도 작용하여 골아세포를 증식시키며 골첨가 를 촉진한다. 이러한 작용은 인체 내에서 뼈, 근육, 신경, 혈관 조직들을 형성하고 손상된 세포를 재생하게 한다[22].
마지막으로 VEGF는 모세혈관에서 혈장단백질을 투과를 증가시키는 cytokine으로 세포의 분열과 이동을 촉진시킨다.
이는 세포의 재구성을 일으키는 단백질 분해효소를 유도하는 기능을 가지고 세포소멸의 억제를 통해 새로 형성된 혈관의 생존을 유지시키며 세포의 성장 및 분열을 유도한다. 그리고 혈관세포의 이동을 촉진시켜 새로운 세포의 발생 및 분화를 촉진시켜 피부의 구성을 증가시킨다[23,24].
이러한 성장인자들의 저장고가 되는 PRF는 성장인자들의 작용으로 인해 신속하게 치유시키고 빠른 조직 및 골재생까
Table 3. VEGF Concentrations
No. of patient Mean (pg/mL) SD
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Average
32.4 122.8 162.2 195.1 56.5 51.7 34.7 20.5 99.1 140.5 91.54
2.4 5.0 13.6 2.4 6.2 1.7 3.8 1.6 5.7 7.1 4.95 VEGF: vascular endothelial growth factor, SD: standard deviation.
Fig. 5. The concentration of vascular endothelial growth factor (VEGF) in each 10 subjects.
Fig. 6. Comparison of vascular endothelial growth factor (VEGF)
concentrations of this study (A) with the one of Dohan et al. [13] (B).
지도 이루게 하는 효과를 기대할 수 있다[15]. 임상적으로 골 결손 시 가장 많이 사용되어지는 이식방법인 합성골과 PRF를 혼합 이식하면 방사선 및 조직학적 계측 결과 우수한 골형성 이 일어난 것을 확인할 수 있었다[25].
이번 논문에서는 PRF에서 PDGF-BB, IGF-1, VEGF 등 성장 인자 3개를 확인할 수 있었고, 외국의 논문들과 비교하였을 때 성장인자의 평균 농도가 거의 유사하게 나왔다. 하지만 피실 험자 간의 농도 차이가 크게 나타나는 한계점도 보여주었는 데, 이는 개인에 따른 차이나 시술자와 장비에 따른 농축의 오 차가 크다는 점으로 인한 것으로 보여진다.
PRF에는 성장인자뿐만 아니라 proinflammatory cytokine (interleukin [IL]-1β, TNFα, IL-6)와 antiinflammatory cytokine (IL-4)이 고농도로 농축될 수 있으나 이것이 일시적으로 많 은 양이 방출되는 것은 아니며, fibrin network 내에서 신호자 극에 따라 작은 양이 방출되게 된다. 따라서, proinflammatory cytokine 농도가 매우 높은 상태인 면역질환환자의 경우도 PRF의 치유효과를 얻을 수 있다[26]. 완전한 매커니즘을 밝혀 낸 것은 아니나 PRF가 IL-1β의 작용을 억제하거나 세포벽 수 용체와 결합하여 염증반응의 신호전달 단계를 차단하여 효과 를 보일 수 있다는 보고도 있다[27].
결론적으로 이 논문은 PRF에 성장인자가 존재한다는 것을 확인함으로써 PRF의 발치와 GBR, 상악동 거상술 등 여러 구 강외과, 치주과 및 임플란트 수술 등의 임상적인 사용에 대한 기본적 근거를 확립할 수 있고, 3개의 성장인자의 역할을 통해 PRF의 역할 또한 확인할 수 있었다. 하지만, 3개의 성장인자를 확인하는 것은 한계가 존재하므로 앞으로 어떠한 성장인자가 더 존재하는지 확인해야 한다. 뿐만 아니라 이러한 성장인자의 존재 확인과 같은 기본적 근거를 바탕으로 PRF의 제작, 적용방 법 등에 대한 정확한 프로토콜의 확립 및 PRF에 성장인자의 양 을 증가시켜 임상 결과를 향상시키는 방법을 모색하는 연구가 뒷받침되어야 할 것으로 생각된다. 이는 골결손 수복의 한계로 인하여 시행하기 어려웠던 환자들의 치유에 예지성 있는 적용 을 가능하게 하는 토대가 될 수 있을 것이고, 성장인자를 비롯 한 조직재생 연구에 기반이 될 수 있을 것이다.
감사의 글
이 논문은 2010학년도 조선대학교 학술연구비의 지원을 받 아 연구되었음.
참고문헌
