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통신저자：하 동 준
614-735, 부산시 부산진구 개금2동 산 67 인제대학교 부산백병원 정형외과
TEL: 051-890-6129, FAX: 051-892-6619 E-mail: [email protected]
*본 논문은 2007년도 인제대학교 학술 연구 조성비 보조에 의한 것임.
접수일: 2009년 5월 6일
수정일: (1차) 2009년 6월 14일, (2차) 2009년 9월 9일, (3차) 2009년 10월 28일
게재허가일: 2009년 10월 30일
Autologous Chondrocyte Implantation for
Treating Chondral Defects of the Femoral Condyle
Seung-Suk Seo, M.D., Dong-Jun Ha, M.D., Chang-Wan Kim, M.D., Ho-Jun Kim, M.D.1 and Sang-Won Moon, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, Collage of Medicine, Inje University Busan Paik Hospital,
1Department of Orthopedic Surgery, Busan Bon Hospital, Busan, Korea
Purpose: We wanted to evaluate the clinical and objective results of autologous chondrocyte implantation (ACI) on a femoral chondral defect of the knee.
Materials and Methods: We evaluated 14 patients who had been operated on with ACI on the chondral defect of the knee between December 2000 and December 2005. There were 11 males and 3 females with the average age of 33 years (range: 17∼44 years) and the mean size of the defect was 5.9 cm2 (range: 2.0∼10 cm2). Seven cases were due to osteochondritis dissecans, and others were due to traumatic defect. The mean follow-up period was 26 months (range: 12∼42 months). Lysholm’s and Tegner’s scores were used for evaluation. A 2nd look arthroscopic examination and a biopsy were carried out in 6 cases and MRI was done in 3 cases for evaluating cartilage regeneration.
Results: The mean Lysholm’s and Tegner’s scores were improved 60 to 84, and 2.4 to 4.1, respectively.
According to the ICRS (International cartilage repair society) assessment, the gross appearance of the regenerated cartilage was graded as the following: 1 normal, 1 nearly normal, 3 abnormal and 1 severely abnormal. MRI demonstrated cartilage regeneration in 2 out of 3 cases. There were 2 cases of graft hypertrophy and 1 case of graft adhesion as complications.
Conclusion: The clinical results were significantly improved according to Lysholm’s and Tegner’s scores.
However, the gross appearances and histological results gave less satisfactory results. We conclude that a more sophisticated surgical technique and the long term follow-up results are necessary.
Key Words: Knee joint, Chondral defect, Autologous chondrocyte implantation
서 론
슬관절의 연골 또는 골연골 결손은 전방십자인대나 반 월상 연골 손상과 동반하여 비교적 흔히 관찰되는 병변으 로 이는 급성으로 슬관절 기능의 악화를 초래할 뿐만 아 니라 조기에 골관절염으로 진행할 가능성이 있다고 알려 져 있다25). 관절연골은 무혈성과 연골세포의 분화 및 증식 능력 부족 때문에 손상을 받은 이후엔 재생되기가 어려워 난치의 병변으로 여겨져 왔으나, 최근 반세기 동안 관절 연골의 생물학적, 생역학적, 병태생리학적 이해의 진보에
Table 1. Summary of the Cases
No. Sex/Age Site F/u (Mo)
Size (cm2)
Lysholm score (preope-
rative)
Lysholm score (postope-
rative)
Tegner score (preope-
rative)
Tegner score (postop- erative)
MRI (signal intensity
and cartilage thickness)
ICRS
Complication I II III Total
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12 13 14
M/31 M/43 M/20 M/41 M/34 M/20 F/43 M/17 M/44 M/44 F/43
M/22 M/27 F/34
MFC MFC MFC MFC MFC MFC MFC MFC MFC LFC MFC
MFC LFC MFC
12 36 36 16 12 24 24 30 24 24 12
36 36 42
2 10 6.5 5 8 4 8 7 8 3 5
5 8 4
61 59 58 54 68 64 58 53 58 58 64
62 61 60
84 78 78 80 81 93 88 84 94 94 79
82 84 74
3 2 3 2 2 3 1 4 2 2 1
3 3 2
4 3 5 3 4 5 3 5 5 5 2
5 5 4
Full recovery of the cartilage defect Full recovery of the cartilage defect No visible cartilage regeneration of the defect
Abnormal 1 3 2 6
Abnormal 1 3 3 7
Abnormal 2 2 3 7
Nearly normal 3 3 2 8
Normal 4 4 4 12
Severely abnormal 0 2 1 3
Hypertrophy
Hypertrophy Adhesion
MFC: medial femoral condyle, LFC: lateral femoral condyle, ICRS: International cartilage repair society.
기초한 다수의 치료 방법들이 소개되었다7,8). 전반적으로 이들은 크게 세척술과 변연절제 등의 대증적 치료와 미세 천공술, 자가 연골세포 이식술 등의 세포학적 치료(cell- based therapy), 그리고 자가 골연골 이식 및 신선 동결 동 종 골연골 이식술 등의 조직학적 치료(tissue-based therapy) 등 세 개의 기본 개념에 바탕을 두고 있다1-3,18,23,24,26). 자가 연골세포 이식술은 비교적 최근 소개된 세포학적 치료 방법으로 일련의 보고에 의하면 90% 이상의 환자에 서 양호 이상의 임상 결과를 보고하고 있다5,7,20,22). 하지만 일부 연구들에서는 골막 증식, 유착, 혈종, 생착 실패 등 원하지 않았던 결과와 함께 이론적 배경과는 다른 섬유연 골의 대체를 보고하고 있는 바22), 임상적 결과뿐만 아니라 객관적 평가에 바탕을 둔 술 후 평가가 이 수술 방법의 임 상적 유용성을 판단하기 위해 필요하다 할 수 있을 것이 다.
이에 저자들은 자가 연골세포 이식술을 이용하여 치료
한 슬관절의 박리성 골연골염을 포함한 관절연골 병변의 단기 추시 관찰을 통해 임상적 결과와 함께 객관적 평가 및 이식부의 조직학적 양태에 대한 분석을 통해 그 임상 적 유용성을 알아보고자 하였다.
대상 및 방법 1. 연구 대상
2000년 12월부터 2005년 12월까지 본원에서 외상성 관 절연골 손상 및 박리성 골연골염으로 자가 연골세포 이식 술을 시행받은 14명, 14예를 대상으로 하였으며, 이 중 남 자가 11명이었다. 평균 연령은 33세(17∼44세 범위)였으 며, 환측 슬관절의 증상이 있었던 기간은 수술일까지 1개 월에서 10년 사이로 수술 전 평균 증상기는 2년 8개월이 었다(Table 1). 본 연구에서 자가 연골세포 이식술의 적응 은 15∼50세 사이의 활동기 연령층이며, 증상이 있는 대
Fig. 1. Chondrocyte suspension is injecting into periosteal pouch.
퇴골 내과골이나 외과골의 전층 연골 병변을 대상으로 하 였다. 주 대상은 박리성 골연골염, 외상성 관절연골 병변 이었고, 외상성 병변 중에서 반월상 연골 손상이나 인대 손상을 동반한 경우도 포함하였다. 그러나 수술로 교정되 지 않는 인대 불안정성, 대퇴골과 경골의 골연골 병변이 맞닿은 병변(kissing lesion), 퇴행성 관절염, 염증성 관절 염 등은 연구대상에서 제외되었다.
관절경 검사상 병변 부위는 대퇴골의 외과에 2예, 내과 에 12예로 내과부 병변이 우세한 빈도를 차지하였으며, 전례에서 과부의 체중 부하부에서 결손이 있었으며 병변 의 평균 결손 면적은 평균 5.9 cm2 (2.0∼10 cm2) 및 결 손의 평균 깊이는 4.7 mm (3.0∼11mm)이었다.
연골의 병변은 뚜렷한 외상이 선행하는 경우가 7예였으 며, 박리성 골연골염으로 진단받은 환자가 7예였다. 모든 예에 있어서 진단은 단순 방사선 사진과 자기 공명 영상 (MRI)을 통하여 술 전 평가를 시행하였으며, 관절경 검사 를 통하여 확진하였다. 동반된 병변으로는 반월상 연골 병 변이 3예, 전방십자인대 파열이 1예였으며, 반월상 연골 병변에 대해 반월상 연골 부분 절제술을, 전방십자인대 파 열에 대해 십자인대 재건술을 시행하였다. 또한, 슬관절의 연골 병변에 대해 이전에 치료를 받은 경험이 있는 환자 가 14예 중 6예가 있었으며, 5예가 미세 천공술(micro- fracture)을, 1예가 모자이크 성형술을 시행받았던 과거력 이 있었다.
2. 수술 방법
수술 방법은 기존에 발표된 연구의 방법에 따라 내원시 단순 방사선 사진과 MRI를 통하여 연골 결손을 진단한 이후 관절경 검사 소견에 따라 결손부의 크기가 2.0 ㎠ 이 상인 경우에 한해서 자가 연골세포 이식술을 시행하였다5). 먼저 비체중 부하 영역인 과간 절흔 부위나 과상부의 슬 개골 비접촉부에서 3∼4×10 mm 정도의 얇은 연골 조각 을 3∼4개를 채취하였으며, 이를 CellontechTm (Sewon, Seoul, Korea)이 제공하는 ChondronR으로 배양하여 초기 생검일로부터 약 3-4주 후에 이식을 시행하였다.
수술을 전후하여 24시간 동안 예방적 항생제(1st gen- eration of cephalosporin)를 투약했으며, 수술은 전신마취 또는 척추마취 하에 슬개골 내측 또는 외측 접근법(medial or lateral parapatellar arthrotomy)으로 관절을 절개하였 다. 연골 결손부를 가능한 정상 연골부를 일부 포함시켜
절제하되 연골하 골판(subchondral bone plate)은 최대한 보존하였다.
평균 1.5 ml 현탁액(suspension) 상태의 연골세포 배양 액이 결손부에 이식을 위해 준비되었으며, 이식부에 경골 의 전내측이나 원위 대퇴골의 외측에서 박리한 골막을 골 부착면이 연골하 골을 향하도록 덮고, 정상 연골부에 골막 을 Dexon 5-0 봉합사로 물이 새지 않을 정도로 밀착시켜 봉합한 다음, 주사기를 이용하여 그 하부에 연골 세포 배 양액을 주입하였다(Fig. 1). 박리성 골연골염의 경우 침범 된 연골하골의 두께가 8∼10 mm 이상 두꺼운 경우는 골 이식을 한 후에 세포이식을 하나 본 연구 대상에서는 침 범된 연골하골의 두께가 8∼10 mm 이상 두꺼운 경우는 없었다. 흡입 배액관은 유치하지 않았으며, 별도의 부목고 정은 실시하지 않았다.
수술 후 재활은 다른 동반된 손상이 있는 경우도 모두 동일하게 술 후 1일부터 하루에 3회 CPM (continuous passive motion)에 의한 관절 운동과 대퇴 사두근 강화 운 동, 그리고 하지 직거상 운동을 시행하였다. CPM은 수술 후 6주까지 하루 4시간 이상 사용하도록 하였으며 퇴원 시에 CPM 기기를 빌려 집에서 사용하도록 하였다. CPM 사용 시에는 첫 2주간 0∼70o 정도로 운동을 허용하였고, 이후에는 운동 범위 제한을 하지 않고 환자가 불편함이 없는 정도까지 각도를 허용하였다. 수술 후 각도 조절 슬 관절 보조기를 착용시켰으며 CPM을 사용하지 않는 동안 에 슬관절 운동 범위는 첫 일주에 0∼15o, 이후 일주 간격
Table 2. ICRS Visual Cartilage Repair Assessment Scale
Criteria Points
Degree of defect repair I. Protocol A
I. Protocol B
II. Integration to border zone
III. Macroscopic appearance
ㆍIn level with surrounding cartilage ㆍ75% repair of defect depth ㆍ50% repair of defect depth ㆍ25% repair of defect depth ㆍ0% repair of defect depth
ㆍ100% survival of initially grafted surface ㆍ75% survival of initially grafted surface ㆍ50% survival of initially grafted surface ㆍ25% survival of initially grafted surface ㆍ0% survival of initially grafted surface ㆍComplete integration with surrounding cartilage ㆍDemarcating border ＜1 mm
ㆍ3/4 of graft integrated, 1/4 with a notable border ＞1 mm width ㆍ1/2 of graft integrated with surrounding cartilage, 1/2 with a notable border ＞1 mm
ㆍFrom no contact to 1/4 of graft integrated with surrounding cartilage ㆍIntact smooth surface
ㆍFibrillated surface
ㆍSmall, scattered fissures or cracs ㆍSeveral, small or few but large fissures ㆍTotal degeneration of grafted area
4 3 2 1 0 4 3 2 1 0 4 3 2 1 0 4 3 2 1 0
Overall repair assessment normal
G Grade I
Grade II Grade III Grade IV
normal nearly normal abnormal
severely abnormal
12 P 11-8 P 7-4 P 3-1 P 으로 15o씩 각도를 올려 보조기 착용을 하였다. 체중 부하
는 술 후 6주부터 목발을 이용한 부분 체중 부하를 허용 하였으며, 술 후 12주째 완전 체중 부하를 허용하였다. 술 후 6개월 이후에 조깅, 수영, 앉은 자전거 타기 등 가벼운 운동을 허용하였고, 허용 기준은 환자의 불편함을 기준으 로 하였다.
3. 평가 방법
술 후 평균 추시 기간은 1년 이상(12∼42개월)의 환자 를 대상으로 하였다. 임상적 평가를 위하여 술 전 모든 환 자에서 Lysholm 점수와 Tegner 점수를 시행하였으며, 최 종 추시시의 점수를 측정하여 비교 평가하였다. Mann- Whitney U test를 통계적 방법으로 사용하였으며, 유의수 준은 0.05 이하로 하였다.
객관적 평가를 위하여 6명의 환자에서 추시 관절경으로
이식부의 경과를 관찰하였는데, 재생 연골의 범위와 경도 (hardness)를 검사하기 위해 소식자(probing hook)로 압 박하여 재생 연골의 강도, 주위 정상 연골과의 경계부, 그 리고 정상 연골과 이식부 사이의 두께와 높낮이를 평가하 였다5). 이 소견을 ICRS 평가체계(Table 2)로 점수화하여 12점을 정상(normal), 11∼8점을 거의 정상(nearly nor- mal), 7∼4점을 비정상(abnormal), 3점 이하를 극히 비정 상(severely abnormal)의 4등급으로 구분하여 기술했다6). 또한, 조직학적 검사를 위해 이식부의 중심에서 1개의 천공(2 mm diameter core biopsy)을 시행하여 조직을 채 취한 후 Hematoxylin & Eosin 염색을 시행하여 조직학적 분석을 시행하였다. 즉, 채취한 조직을 5% 포름알데히드 (formaldehyde)로 고정시키고 파라핀에 묻힌 후 절편화 하여 Weigert's iron Hematoxylin과 Eosin으로 염색하여 세포질과 핵을 관찰하였다. 또한, 교원질의 성상을 관찰하
Fig. 2. Histologic slide (Hematoxylin and Eosin staining) at postoperative 24 months shows mature chondrocyte looking like hyaline cartilage with basophilic ground matrix. This cells shows relatively large size but has not a normal columnar appearance (magnification ×40).
Fig. 3. Microphotograph (Hematoxylin and Eosin staining) at postoperative 16 months shows pinkish fibrous ground matrix scattered focal basophilic area. The appearance of these cells looks like more fibroblastic (magnification ×40).
기 위하여 Alcian blue로 염색하였는데, 이 경우 섬유연골 인 경우에는 교원질 염색이 되지 않아 붉은 빛을 띠게 되 고, 초자연골인 경우에는 교원질 염색이 되면서 푸른 색을 띠게 된다.
그리고, 본 연구에서는 술 후 지속적인 증상을 호소하는 1명의 양측 슬관절 즉, 2예의 환자에서 술 후 24개월째, 그리고 1명 1예의 환자에서 술 후 12개월에 각각 슬관절 자기 공명 영상을 촬영하여 이식부의 연골 재생 정도 및 주위 정상 연골과의 신호 강도의 차이 등을 평가하였다.
결 과 1. 슬관절 기능 평가
Lysholm 점수는 술 전 60점에서 수술 후 84점으로 향 상되었으며, Tegner 점수는 2.4에서 4.1로 개선되었다 (p-value＜0.001).
2. 추시 관절경 및 조직학적 분석
추시 관절경 검사상 전례의 경우에서 결손부의 연골 재 생을 관찰할 수 있었으나, 주위 연골에 대비해 경계가 지 워지는 다소 무광택의 섬유성 질감을 띠었으며, Interna- tional cartilage repair society (ICRS) 평가 체계에 의한 분류상 6예의 환자 중 1예가 정상, 1예가 거의 정상, 3예 가 비정상, 1예가 심한 비정상으로 분류되었다(Table 1).
조직학적 검사상 관절연골 전층에 걸쳐 정상 혹은 정상 이상 두께의 관절연골과 유사한 조직의 복원을 관찰할 수 있었고, 1예에서 성숙한 관절연골 기질 및 세포 배열을 보 여 조밀한 교원조직이 초자연골로 대치되어가는 모습과 연골의 재생을 의미하는 소강(lacunae) 내의 연골세포가 관찰되었다(Fig. 2). 하지만, 나머지 5예의 경우에서는 연 골 기질 내에 교원질 섬유다발들에 의해 둘러싸인 세포들 이 산재되어 있는 섬유화가 관찰되어 정상 관절연골과는 다른 소견을 보였다(Fig. 3).
3. 수술 후 MRI
수술 후 MRI상 2예에서 연골 세포 이식부상에 주위 정 상 관절연골과 동일한 신호강도를 보이는 연골로 재생된 것을 관찰할 수 있었으며, 연골 손상 부위의 두께가 회복 된 것을 관찰할 수 있었다(Fig. 4). 하지만, 나머지 1예에 서는 술 전과 비교하여 골연골 병변의 결손부가 회복되지 않은 채 신호강도의 소실이 지속되어 있는 것을 관찰할 수 있었다.
4. 합병증
관절내 유착이 1예(Fig. 5), 이식물의 과성장이 2예(Fig.
6)가 관찰되었으며, 관절 내시경하에서 절삭기(motorized shaver)을 이용한 변연절제술을 시행하여 치료하였으며, 추 시 평가에서 특이한 재발이나 악화는 관찰되지 않았다.
Fig. 4. Preoperative MRI (A, C: fat suppression coronary and sagittal image) shows chondral defect of cartilage and subch- ondral bony sclerosis of me- dial femoral condyle. Postope- rative 2 years MRI (B, D: fat suppression coronary and sagi- ttal image) shows regeneration of cartilage with focal increased signal intensity at the medial femoral condyle.
Fig. 6. A nodular mass developed from chondrocyte implan- tation site is found on second look arthroscopy, which causes intermittent locking symptoms.
Fig. 5. Postoperative arthroscopic finding shows a thick fibrous band arising from graft which is adhered to infrapatella fat pad.
고 찰
관절 연골은 한 번 손상을 입으면 회복이 되지 않아 연 골재생을 위한 다양한 수술 기법들이 병변의 확장을 방지 하고 연골을 재생시켜 골관절염으로의 진행을 막기 위해 시도되어 왔다. 관절경하 대증적 치료술, 연골하 천공술, 미세 천공술, 자가 또는 동종 골연골 이식술, 자가 연골세 포 이식술 등이 대표적인 예이다. 그 중 연골하 천공과 파 쇄(subchondral drilling and abrasion)가 손상된 관절 연 골의 재표면화(resurfacing)를 위해 오래 전부터 시행되어
왔으나9,12), 그 결과 정상 관절 연골의 기능을 재현할 수
없는 제 1형 교원질로 구성된 섬유성 조직의 증식을 야기 한다는 것이 보고되었으며, 자가 골연골 이식술(autogenous osteochondral transplantation)은 이식된 연골의 일부가 변연부의 세포괴사로 인해 위축되며, 이식된 골연골 조각 사이에 틈이 잔존하여 결론적으로 3분의 1정도가 결손으 로 남게 되는 단점이 있다13). 이러한 문제점들로 인하여, 근래 조직공학의 발전에 기초하여, 세포학적 치료 (cell-based therapy)의 임상적 적용이 제시되어, 오늘날 자가 연골세포 이식술은 비교적 광범위하게 이용되는 치 료로 관절연골 결손 치료의 새로운 지평으로 평가되고 있 다11,19).
본 연구에서는 이러한 이론적 배경을 가지고 있는 자가 연골세포 이식술의 임상적 평가 및 객관적 평가를 통해 그 유용성을 확인하고자 했다. 저자들이 임상적 평가를 위 해 시행한 Lysholm 점수와 Tegner 점수는 각각 술 전 60 점에서 84점으로, 2.4에서 4.1로 각각 개선된 결과를 보였 고, 통계학적으로도 유의한 것으로 나타났다. Kreuz 등15) 의 연구에서도 자가 연골세포 이식술을 시행 받은 120명 의 환자들에 대한 연구에서 대부분의 환자에서 임상적 호 전을 보였으며, Peterson 등20)의 연구에서도 Lysholm 점 수, Noyes knee 점수, the overall Cincinnati knee-rating 점수, Tegner 점수, the overall Brittberg visual analog scale 등을 이용한 임상적 평가에서 자가 연골세포 이식술 후 90%의 환자에서 평균 5.6년의 추적관찰에서 우수한 임 상결과를 보고하였다. 이러한 문헌 고찰들과 본 연구에서 의 결과를 종합해 보면, 자가 연골세포 이식술은 연골 결 손 부위를 이식한 연골세포의 증식으로 인해 양적으로 복 원시킴으로써 임상적으로는 환자의 증상 개선을 유도할
수 있는 술식으로 판단된다.
하지만, 임상적 증상 호전에도 불구하고, 문헌 보고들에 따르면 긍정적인 결과만 있는 것은 아니어서 2번의 수술 이 필요하며, 추시 관절경 검사 및 생검상 이론적 배경과 는 달리 초자연골이 아닌 섬유연골로 결손 부위가 채워지 며, 또한 재생 연골이 과성장하여 관절면의 부합성을 저해 하는 등의 제한점이 보고되고 있다22). Horas 등12)은 관절 연골 결손에 대한 자가 골 연골 이식술과 자가 연골세포 이식술의 비교연구에서 자가 연골세포 이식술을 시행한 환자군에서 조직학적으로 섬유연골의 성상을 보였다고 보 고하면서, 관절연골 결손에 대한 치료로서 자가 골연골 이 식술이 더 나은 치료방법이라 주장하였고, Grigolo 등11) 도 자가 연골세포 이식술 이후 재생된 연골에 대한 유전 자 발현(gene expression)에 대한 연구에서 재생된 연골이 정상 초자연골과는 다른 섬유성 연골의 조직을 가짐을 보 고하였다. 따라서 저자들은 적은 수이지만 수술 후 추시 관절경 및 조직검사, MRI를 시행하여 그 결과를 분석해 보았다. Peterson 등20)의 연구에서는 자가 연골세포 이식 술 후 53명의 환자에서 추시 관절경 검사를 시행하여 7예 에서 증상이 있는 이식부 과성장(periosteal hypertrophy) 을 보였으나, 나머지 예에서는 적절한 조직재생과 연골하 골과의 적절한 부착상태, 적절한 경도 등을 보임으로써 좋 은 결과를 보고하고 있다. 그러나, 본 연구에서 시행한 추 시 관절경을 이용한 평가에서는 6예 중 단 1예에서만 정 상적인 관절연골의 성상을 가지는 연골의 재생이 이루어 졌으며, 이를 제외한 5예에서는 섬유성 연골과 유사한 소 견을 보이는 조직으로의 재생이 관찰됨으로써 여러 좋은 결과를 보고하고 있는 다른 연구들과 대조를 이루고 있다.
이는 자가 연골세포 이식술에 있어 초자연골(hyaline car- tilage)의 재생이 장기적으로 양호한 결과와 직결된다는 점을 고려해 볼 때21,22), 본 연구에서 나타난 이러한 결과 는 단기적으로는 임상적 증상의 호전을 보일 수 있으나, 중ㆍ장기적으로는 조기에 퇴행성 관절염의 병발과 같은 기대에 못 미치는 결과를 보일 수 있을 것으로 판단된다.
이렇게 초자연골이 아닌 섬유성 연골의 재생이 이루어진 이유에 대해 Behrens 등4)의 연구에서는 골막이 세포를 균 등하게 결손부에 배치시키고 유지시키는 기능을 하지 못 한다는 데에서 원인을 찾고 있으며, Marcacci 등16)은 골 막의 안쪽 층인 cambium layer가 섬유조직 증식의 원인 이 될 수 있다고 설명하고 있다. 하지만, 본 연구가 26개
월이라는 비교적 짧은 추시기간을 가짐으로써 섬유성 연 골의 재생 후 효소반응에 의한 섬유성 연골의 초자연골로 의 치환을 감안한다면 장기 추시를 더 지켜보아야 할 것 으로 판단된다15).
본 연구에서는 추시 관절경뿐만 아니라 술 후 MRI를 촬영한 경우가 있었다. 비록 그 수가 많지는 않으나, 술 후 평균 20개월에 MRI를 시행한 3예 중 2예에서 주위의 정상 연골의 두께와 유사한 정도의 연골 재생을 나타내었 고, 나머지 1예에서는 이식을 했음에도 골연골 병변이 그 대로 남아있는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 자가 연골세 포 이식술을 시행받은 120명의 환자들을 대상으로 MRI를 이용한 추시 연구에서 모든 예에서 골연골 병변이 연골의 재생으로 채워진 것을 확인할 수 있었으나, 28%의 환자에 서는 오히려 MRI상 이식부 과성장(periosteal hyper- trophy)을 보였다고 보고한 Kreuz 등15)의 보고와는 확연 한 차이가 있다. Marcacci 등16)은 골막을 사용하여 자가 연골세포 이식술을 시행할 경우 덮이지 않는 공간이 생기 게 되어 관절액의 씻음 효과(washing effect)에 의해 이러 한 결손이 남을 수 있다고 보고하고 있으며, 본 저자들도 골막을 이용한 연골 세포의 결손부 유치의 문제점으로 인 해 이러한 결과가 유발되었다 사료되며, 이에 대한 개선된 술식이 필요하다 사료된다.
본 연구에서 관찰할 수 있었던 합병증으로는 이식부의 과성장이 2예, 관절내 유착이 1예 관찰되었으며, 관절경하 절제술(arthroscopic trimming)을 시행하였다. 이러한 합 병증 중 이식물의 과성장은 King 등14)이 101예 중 7예를 관찰할 수 있었다고 보고한 것과 유사한 빈도로 관찰되었 으며, 문헌 보고들에 따르면 이는 술후 약 30%의 빈도로 관찰되는 비교적 흔한 합병증으로 이식한 골막에 의해 유 발되는 것으로 알려져 있다15). 본 연구에서 관절내 유착이 1예에서 관찰되었으나 King 등14)은 101예 중 10예에서 관절내 유착을 보였다고 보고하고 있으며, 이는 환자의 나 이와 술후 재활의 시작시기와 밀접한 관련을 가지는 것으 로 생각된다.
이상과 같은 분석을 토대로 판단하자면, 근래 자가 연골 세포 이식술에 대한 우수한 임상 결과들은 상당히 고무적 이라 할 수 있으나, 명확한 원인을 설명할 수 없는 문제점 및 합병증에 대한 경험들은 아직 연골의 재생과 재형성 (remodeling)에 대한 지속적인 연구를 필요로 한다 할 수 있을 것이다. 자가 연골세포 이식술을 시행한 후 이론상
기대했던 초자연골이 아닌 섬유연골의 특성을 가지는 연 골로 결손부가 채워지는 문제점 및 이식부 과성장 등의 합병증을 극복하기 위하여 여러가지 시도가 있어 왔으며, 최근 조직 공학(tissue engineering)의 발달로 인하여 더욱 다양한 양상으로 시도되고 있다. 이러한 시도들은 대부분 세포를 연골 결손부에 위치ㆍ유지시키기 위해 사용되는 골막(periosteum)으로 인한 문제점과 세포를 균등하게 위 치시키는 문제점을 해결하는데 주안점을 두고 있다. 연구 들을 살펴보면10,17), 다양한 물질들을 이용한 접근이 이루 어지고 있으며, 결과 또한 고무적이라 할 수 있을 것이다.
하지만, 대부분의 결과들이 단기 혹은 중기의 추시에서 도 출된 것으로 보다 장기적인 연구 및 평가가 필요할 것으 로 사료된다.
본 연구의 제한 점으로 첫째, 조직검사 시 H&E 염색으 로 어느 정도 초자연골과 섬유연골을 구별할 수 있지만, 좀 더 정확한 구분을 위하여 면역조직화학염색을 시행하 지 않은 점, 둘째, 전체 증례 중에서 추시 관절경 검사나 MRI 등의 시기가 다양한 점, 셋째, 외상으로 인한 경우가 7예 및 박리성 골연골염으로 인한 경우가 7예로 전체 증 례 수가 많지 않고 또 연구 대상의 불균일성에 대한 한계 점, 넷째, 추시 관찰 기간이 짧아 섬유연골의 초자연골로 의 치환을 감안한다면 좀 더 다른 결과가 도출될 수도 있 는 점을 제한점으로 생각해 볼 수 있다.
결 론
슬관절 대퇴골 과부 원위 관절면에 발생한 연골 결손의 치료를 위해 자가 연골 세포 이식술을 시행한 결과 임상 적으로는 유의한 향상을 보였으나 이식부의 과성장, 불완 전한 수복 등의 소견과 조직학상 우세한 섬유연골의 재생 을 보여 본 술식의 이론적 배경과는 차이가 있는 소견을 관찰할 수 있었으며 보다 개선된 술식 및 그에 대한 장기 적인 추시 관찰이 필요할 것으로 사료된다.
REFERENCES
1. Aichroth PM, Patel DV, Moyes ST: A prospective review of arthroscopic debridement for degenerative joint disease of the knee. Int Orthop, 15: 351-355, 1991.
2. Bartlett W, Skinner JA, Gooding CR, et al: Auto-
logous chondrocyte implantation versus matrix-induced autologous chondrocyte implantation for osteochondral defects of the knee: a prospective, randomised study. J Bone Joint Surg Br, 87: 640-645, 2005.
3. Bartlett W, Gooding CR, Carrington RW, Skinner JA, Briggs TW, Bentley G: Autologous chondrocyte implantation at the knee using a bilayer collagen mem- brane with bone graft. A preliminary report. J Bone Joint Surg Br, 87: 330-332, 2005.
4. Behrens P, Bitter T, Kurz B, Russlies M:
Matrix-associated autologous chondrocyte transplantation/
implantation (MACT/MACI)--5-year follow-up. Knee, 13:
194-202, 2006.
5. Brittberg M, Lindahl A, Nilsson A, Ohlsson C, Isaksson O, Peterson L: Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte trans- plantation. N Engl J Med, 331: 889-895, 1994.
6. Brittberg M, Winalski CS: Evaluation of cartilage injuries and repair. J Bone Joint Surg Am, 85(Suppl 2): S58-S69, 2003.
7. Buckwalter JA, Mankin HJ: Instructional course lectures, the American academy of orthopaedic surgeons- articular cartilage. Part II: degeneration and osteo- arthrosis, repair, regeneration, and transplantation. J Bone Joint Surg Am, 79: 612-632, 1997.
8. Buckwalter JA, Mankin HJ: Instructional lecture course lecture, the American academy of orthopedic surgeons-articular cartilage. Part I: tissue design and chondrocyte-matrix interactions J Bone Joint Surg Am, 79: 600-611, 1997.
9. Ficat RP, Ficat C, Gedeon P, Toussaint JB: Spon- gialization: a new treatment for diseased patellae. Clin Orthop Relat Res, (144): 74-83, 1979.
10. Gooding CR, Bartlett W, Bentley G, Skinner JA, Carrington R, Flanagan A: A prospective, randomised study comparing two techniques of autologous chon- drocyte implantation for osteochondral defects in the knee: periosteum covered versus type I/III collagen covered. Knee, 13: 203-210, 2006.
11. Grigolo B, Roseti L, De Franceschi L, et al:
Molecular and immunohistological characterization of human cartilage two years following autologous cell transplantation. J Bone Joint Surg Am, 87: 46-57, 2005.
12. Horas U, Pelinkovic D, Herr G, Aigner T, Schnettler R: Autologos chondrocyte implantation and osteochon-
dral cylinder transplantation in cartilage rapair of the knee joint. A prospective, comparative trial. J Bone Joint Surg Am, 85: 185-192, 2003.
13. Jakob RP, Franz T, Gautier E, Mainil-Varlet P:
Autologous osteochondral grafting in the knee: indication, results, and reflections. Clin Orthop Relat Res, (401):
170-184, 2002.
14. King PJ, Bryant T, Minas T: Autologous chondrocyte implantation for chondral defects of the knee: indi- cations and technique. J Knee Surg, 15: 177-184, 2002.
15. Kreuz PC, Steinwachs M, Erggelet C, et al: Classi- fication of graft hypertrophy after autologous chon- drocyte implantation of full-thickness chondral defects in the knee. Osteoarthritis Cartilage, 15: 1339-1347, 2007.
16. Marcacci M, Kon E, Zaffagnini S, et al: Arthroscopic second generation autologous chondrocyte implantation.
Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 15: 610-619, 2007.
17. Munirah S, Samsudin OC, Chen HC, Salmah SH, Aminuddin BS, Ruszymah BH: Articular cartilage restoration in load-bearing osteochondral defects by implantation of autologous chondrocyte-fibrin constructs:
an experimental study in sheep. J Bone Joint Surg Br, 89: 1099-1109, 2007.
18. Nehrer S, Domayer S, Dorotka R, Schatz K, Bin- dreiter U, Kotz R: Three-year clinical outcome after chondrocyte transplantation using a hyaluronan matrix for cartilage repair. Eur J Radiol, 57: 3-8, 2006.
19. O'Driscoll S: Update on cartilage repair. Orthopedics, 25: 1342, 2002.
20. Peterson L, Brittberg M, Kiviranta I, Akerlund EL, Lindahl A: Autologous chondrocyte transplantation.
Biomechanics and long-term durability. Am J Sports Med, 30: 2-12, 2002.
21. Peterson L, Menche D, Grande DA, et al: Chon- drocyte transplantation-An experimental model in the rabbit Trans. Orthop Res Soc, 9: 218, 1984.
22. Peterson L, Minas T, Brittberg M, Nilsson A, Sjögren-Jansson E, Lindahl A: Two- to 9-year outcome after autologous chondrocyte transplantation of the knee. Clin Orthop Relat Res, (374): 212-234, 2000.
23. Rodrigo JJ, Steadman JR, Silliman JF, et al:
Improvement of full-thickness chondral defect healing in the human knee after debridement and microfracture using continuous passive motion. Am J Knee Surg, 7:
자가 연골세포 이식술을 이용한 대퇴골 연골 결손 치료
인제대학교 부산백병원 정형외과학교실, 1부산본병원 정형외과
서승석ㆍ하동준ㆍ김창완ㆍ김호준1ㆍ문상원
목적: 대퇴골 과부에서 발생한 관절 연골 결손에 대해 자가 연골세포 이식술로 치료한 후 임상적/객관적 결과를 평가하고자 하였다.
대상 및 방법: 2000년 12월부터 2005년 12월까지 대퇴골 과부 원위 관절면에 발생한 연골 결손에 대해 자가연골세포 이식술을 시행받은 14예의 환자를 대상으로 하였다. 환자의 평균 연령은 33세(17∼44세) 이었으며, 남자가 11예였고, 관절 연골 결손의 크기는 평균 ５.96 cm2 (2.0∼10 cm2)였다. 발병의 원인으 로 박리성 골연골염이 7예, 외상성 결손이 7예였고, 술후 추시기간은 평균 26개월(12∼42개월)이었다.
술전 및 최종 추시시 Lysholm 점수와 Tegner 점수를 측정하였으며, 6예에서 추시 관절경 검사를 시행하 여 이를 ICRS 평가체계를 이용하여 기술하였고 조직검사를 시행하였으며, 3예에서 MRI를 시행하였다.
결과: Lysholm 점수는 술 전 평균 60점에서 술 후 84점으로 향상되었으며, Tegner 점수는 술 전 평균 2.4점에서 술 후 4.1점으로 향상되었다. 추시 관절경 검사에서는 전반적으로 양호한 관절연골의 재생을 보였으나, ICRS 평가상 정상이 1예, 거의 정상이 1예, 비정상이 3예, 심한 비정상이 1예였으며, 조직검사 상 관절연골의 재생은 관찰할 수가 있었으나, 정상 관절연골과는 달리 섬유연골의 재생이 우세하게 관찰 되었다. 3예에서 시행한 MRI 에서는 2예에서 주위 정상 관절연골과 유사한 신호강도와 두께를 보이는 연골 재생을 확인할 수 있었다. 합병증으로는 이식물의 과성장이 ２예, 관절내 유착이 1예 관찰되었다.
결론: 자가 연골 세포 이식술을 시행한 결과 임상적으로는 유의한 향상을 보였으나, 이식부의 과성장, 불완전한 수복 등의 소견과 조직학상 섬유연골의 우세한 재생을 보여, 개선된 술식 및 그에 대한 장기적 인 추시관찰이 필요할 것으로 사료된다.
색인 단어: 슬관절, 연골 결손, 자가 연골세포 이식술 109-116, 1994.
24. Sgaglione NA, Miniaci A, Gillogly SD, Carter TR:
Update on advanced surgical techniques in the treat- ment of traumatic focal articular cartilage lesions in the knee. Arthroscopy, 18(2 Suppl 1): 9-32, 2002.
25. Shelbourne KD, Jari S, Gray T: Outcome of untre- ated traumatic articular cartilage defects of the knee: a
natural history study. J Bone Joint Surg Am, 85(Suppl 2): 8-16, 2003.
26. Steadman JR, Briggs KK, Rodrigo JJ, Kocher MS, Gill TJ, Rodkey WG: Outcomes of microfracture for traumatic chondral defects of the knee: average 11-year follow-up. Arthroscopy, 19: 477-484, 2003.
