서 론
골융합이란 살아있는 골조직과 임플란트 표면 간의 직접적 인 고정을 의미한다[1-3]. 이러한 골융합의 최종 목표는 임플 란트와 골 사이에 인접골과 같은 형태, 조성과 생역학적 특성
을 갖는 골조직으로 융합되어 기계적 하중을 견뎌내는 데 있 다. 골 융합은 임플란트 재료적 속성, 형태 및 표면특성과 기계 적 하중, 외과적 수술과정, 임플란트 식립위치 및 환자의 골질 등의 여러 요인에 따라 변화될 수 있다[4]. Schwartz 등[5]은 식 립된 임플란트가 골조직 내에서 치유과정을 통해 골 융합이 이루어지는데, 임플란트의 표면특성이 많은 영향을 미친다고 하였다. 이러한 표면 특성은 임플란트 표면조성, 표면 형태, 표 면에너지, 거칠기, 젖음성 등이 연관된다.
골융합을 증가시키는 방법의 하나로 표면에 거칠기를 부 여하는 방법이 소개되었다. 임플란트의 표면 거칠기를 증가 시키기 위한 여러 방법 중 티타늄 분사(titanium plasma spray,
성견에서 SLA
®와 Joy 1 implant
®의 골-임플란트 계면의 조직형태계측학적 연구
정민구1ㆍ정명진1,2ㆍ이원표1ㆍ박도영1ㆍ유상준1ㆍ김병옥1,*
1조선대학교 치의학전문대학원 치주과학교실, 2연변대학교부속병원 구강과
Histomorphometric analysis of implant-bone interface between SLA
Ⓡand Joy 1 implant
Ⓡin dogs
Min-Gu Jung1, Ming-Zhen Zheng1,2, Won-Pyo Lee1, Do-Young Park1, Sang-Joun Yu1, Byung-Ock Kim1,*
1Department of Periodontology, School of Dentistry, Chosun University, Gwangju, Korea,
2Department of Stomatology, The Affiliated Hospital of Yanbian University, Yanji, China
ABSTRACT
Purpose: The objective of this study was to compare the osseointegration of SLA® to these of Joy 1 implant®.
Materials and Methods: In 6 beagle dogs, 3rd and 4th mandibular premolar were extracted bilaterally. After 3 months, four transmucosal screw-shaped implants were placed in each mandibular edentulous premolar region. Control groups were SLA® and experimental groups were Joy 1 implant®. The implants were allowed to heal for 4 or 8 weeks. At the end of the experiment, the dogs were sacrificed and each of implant sites was dissected and processed for histomorphometric analysis.
Results: Histomorphometric analysis showed direct osseous integration for both implants. No significant difference between both types of implants could be detected after 4 and 8 weeks healing periods in bone to implant contact (BIC) and bone ingrowth (BI).
Conclusion: The results indicate that there was no difference in osseointegration between SLA® implant and Joy 1 implant® regarding BIC and BI, Joy 1 implant® showed similar histological response with SLA® implant.
Key Words: Dental implants, Osseointegration
Received Jan 9, 2014; Revised version received Sep 12, 2014 Accepted Sep 13, 2014
Corresponding author: Byung-Ock Kim
Department of Periodontology, School of Dentistry, Chosun University, 309 Pilmun-daero, Dong-gu, Gwangju 501-759, Korea Tel: 82-62-220-3850, Fax: 82-62-224-4664
E-mail: [email protected]
TPS) 피복법은 임상적으로 기계절삭면 임플란트와 큰 차 이점을 나타내지 않았고, 생체친화적 재료인 수산화인회석 (hydroxyapatite) 코팅 방법은 매식 초기에는 골유착이 높게 나타나지만 장시간이 경과하면 수산화인회석이 용해되거나 떨어져 나가고 매식체 노출 시 임플란트 주위에 염증을 야기 하여 골소실을 일으킨다는 단점이 보고되었다[6]. 이후 표면 의 거칠기를 더욱 미세하고 균일하게 형성할 수 있는 sand- blasted with large grit and acid etched (SLA)법이 개발되었는 데, Adell 등[7]은 sandblasting으로 처리한 임플란트 표면에 상 피세포들이 성공적으로 이주, 증식, 부착됨을 보고하는 등 티 타늄 표면에 산화 티타늄이나 산화알루미늄으로 sandblasting 하거나 sandblasting 후 산으로 부식하는 SLA 방법은 세포 활 성을 촉진시켜 치료기간을 단축하며, 임상적으로 높은 성공 률을 보였다.
이 연구는 티타늄 표면을 산화알루미늄 입자를 분사한 후 산부식 처리한 SLA 방식으로 새로 개발된 Joy 1 implant® (DAS Tech, Gwangju, Korea)의 골 형성 및 골조직의 반응에 대 해 규명하는 것이다.
재료 및 방법
실험재료
실험동물
생후 1년 내지 2년 된, 17-19 kg 내외의 잡종견 6마리를 대상 으로 하였다. 모두 동일 조건하에서 사육되었고 암, 수 구별은 없었으며, 건강 상태는 모두 양호하였다. 동물의 선정과 관리, 수술 프로토콜 그리고 준비과정은 조선대학교 치과대학의 실 험동물실 규정을 준수하여 이루어졌고, 조선대학교 동물실험 윤리위원회의 승인(CDMDIRD1113A82)을 받았다.
임플란트
대조군으로 직경 4.1 mm, 길이 10 mm의 SLA® (ITI implant, Basel, Switzerland)가 12개 사용되었다. 티타늄 표면을 Corun- dum 입자로 분사한 후, HCl과 H2SO4의 혼합물로 부식시킨 임 플란트다. 실험군으로 직경 4 mm, 길이 10 mm Joy 1 imp lant® (DAS Tech) 12개가 사용되었다. 티타늄 표면을 Al2O3 입자로 분사한 후 38% HCl로 부식시킨 임플란트다. 성견 한 마리당 4 개의 임플란트를 식립하였다.
실험방법
임플란트 식립
무치악부위를 만들기 위하여 잡종견의 좌, 우측 하악 제3 소구치(p3), 제4소구치(p4)를 발거한 다음, 3개월간의 치유
기간을 부여하였다. 발치하기 위하여 tiletamine-zolazepam (Zoletil 50®; Virbao, Carros, France; 5-10 mg/kg)과 Xylazine- HCl (Rumpum®; Bayer Korea, Seoul, Korea; 0.15 mL/kg)을 혼 합한 후 근육주사로 전신마취를 시행하였다. 3개월 후에 수술 부위의 출혈 방지와 동통 억제를 위해 2% Lidocaine (1:100,000 Epinephrine 함유; Yuhan Co., Seoul, Korea)으로 침윤마취를 시행하였다. 절개 후 판막을 거상하였으며 임플란트는 제조 회사의 지시대로 식립되었다.
하악의 좌, 우측에 각각 2개씩의 임플란트를 식립하였는데, 대조군과 실험군 임플란트를 각각 2개씩 소구치에 번갈아 가 며 무작위로 식립하였다. 또한 각각의 성견은 좌, 우측에 4주 군과 8주군으로 비교분석하였다.
수술 직후부터 항생제(Gentamicin 0.1 mL/kg; Daesung Microbiological Lab., Uiwang, Korea)를 7일간 근육주사하 였고, 수술 후 1주일에 발사하였으며, 1주일에 3회씩 0.2%
chlorhexidine digluconate (Daewoong Pharm., Seongnam, Korea)를 사용하여 구강위생관리를 시행하였다. 관찰기간은 총 8주로서, 먼저 8주군을 식립한 다음 4주 후에 4주군을 식립 하였다. 6마리의 실험동물들은 모두 동일한 날에 tiletamine- zolazepam (Zoletil 50®; 5-10 mg/kg)의 과량 투여로 동물을 희 생하였고, 하악 부위에 식립된 임플란트를 중심으로 조직을 채취하였다.
조직계측학적 평가
조직학적인 평가를 위해 채취된 임플란트와 골 시편은 10%
완충 포르말린으로 2주간 고정하고, 10% formic acid로 4개 월간 탈회하였다. 레진에 포매 후 45-50 μm 두께로 절단하였 다. Hematoxylin-Eosin 염색을 시행한 후 광학현미경상 관찰 을 시행하였다. 골-임플란트 접촉면(bone to implant contact, BIC)은 임플란트 표면 중 직접적인 골 접촉이 있는 면적의 백 분율로서 임플란트 좌, 우측에서 임의의 3개의 나사산 측에서 다음과 같은 공식에 의해 산출되었다.
BIC (%)=(유효범위 내)골-임플란트 접촉길이/(유효범위 내) 임플란트 변연길이× 100
골 표면적(bone ingrowth, BI)은 임플란트와 골 사이의 틈에 골 형성된 양으로서 나사산 꼭지점을 연결한 가상선 사이의 면적에서 골이 차지하는 면적을 백분율로 표시하였다(Fig. 1).
통계분석
BIC와 BI의 각 임플란트 간의 차이를 분석하기 위해 Mann- Whitney U test가 시행되었고, 치유기간 간의 차이를 분석하 기 위해서 Wilcoxon test가 시행되었으며 p<0.05 수준에서 유 의성을 검증하였다. 통계를 통한 결과 분석은 SPSS ver. 12.0
(SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 프로그램을 이용하였다.
결 과
임상적 결과
4주군의 모든 12개의 대조군과 실험군 임플란트는 잘 유지 되었으며, 8주군에서 1개의 대조군과 1개의 실험군의 임플란 트가 치유기간 중 탈락되어 실험에서 제외되었다.
조직학적 결과
4주군
대조군과 실험군 모두에서 임플란트 접촉면에서 골 형 성이 잘 이루어졌으며 신생골은 비교적 잘 형성된 지주뼈 (trabecular bone)로서 주변골에 비하여 미성숙골로 관찰되었 다(Fig. 2).
8주군
대조군과 실험군 모두에서 4주군에 비하여 신생골의 증가 는 현저하지 않으나, 임플란트 주변의 신생골은 부분적으로 층판화를 보이며 4주군에서 현저했던 망상골의 형태가 더욱 두터워져 주변의 기존골과 유사해지는 경향을 보였다(Fig. 3).
조직계측학적 결과 BIC (%)
4주군에서 실험군은 50.26%±28.47%, 대조군에서는 60.61%
±23.40% 값을 보였다. 8주군에서 실험군은 59.23%±4.17%, 대 조군에서는 60.77%±16.62%의 값을 보였다. 4주와 8주군에서 실험군과 대조군 간의 통계적 유의성 검정 결과, 유의한 차이 는 보이지 않았다(p>0.05). 또한 동일 제품군 내에 있어 치유 기간에 따른 BIC의 통계적 분석 결과, 유의한 차이는 관찰되 지 않았다(p>0.05) (Table 1).
Fig. 1. Implant insertion surgery in mandible. (A) The edentulous site of 3 months after teeth extraction. The 3rd and 4th premolar were extracted. (B) Implants were placed in random order and healing abutment were connected.
Fig. 2. Histologic features of control (A, B) and experimental (C, D) groups af- ter 4 weeks. All groups show relatively good bone-implant contact around the implant. Newly formed bone consists of trabecular woven bone have an un- mineralized thin osteoid (A, C: H&E,
×12.5; B, D: H&E, ×100).
BI (%)
4주군에서 실험군은 57.75%±20.85%, 대조군에서는 51.41%
±21.68% 값을 보였다. 8주군에서 실험군은 64.54%±13.74%, 대조군에서는 55.98%±24.61%의 값을 보였다. 4주와 8주군에 서 실험군과 대조군 간의 통계적 유의성 검정 결과, 유의한 차 이는 보이지 않았다(p>0.05). 또한 동일 제품군 내에 있어 치 유기간에 따른 BIC의 통계적 분석 결과, 유의한 차이는 관찰 되지 않았다(p>0.05) (Table 2).
고 찰
골융합 정도, 즉 임플란트와 골 사이의 계면상태를 알아보 기 위한 방법으로 생역학적 검사와 조직계측학적 분석이 있 다. 생역학적인 방법에는 pull-out test, push-out test, 뒤틀림 제 거력 측정이 있고, 조직계측학적 분석에는 골-임플란트 접촉 면 측정방법과 나사산 사이의 BI 비율 측정 방법 및 세포의 개 체수를 측정하는 방법이 있다[8]. 이 연구에서는 조직계측학 적 분석 중 BIC와 BI를 통하여 골 융합을 평가하였다.
Buser 등[9]은 SLA 표면을 갖는 임플란트의 미니돼지 장골 실험에서 3주와 6주 후의 골-임플란트 접촉률은 평균 50%- 60%로써 TPS 표면 임플란트(30%-40%)보다는 우수하였으 며 hydroxylapatite (HA) 표면 임플란트(60%-70%)보다는 낮 은 값을 보인다고 보고하였다. 하지만 HA 표면 임플란트는 지 속적인 흡수양상을 보이므로 SLA 표면 임플란트가 우수하다 고 보고하였다. 또한 Cochran 등[10]은 foxhound의 하악골에 서 SLA 표면 임플란트와 TPS 표면 임플란트의 골-임플란트 접촉률은 3개월 후에 각각 평균 72.33%와 52.15% 값을 보였 으며, 6개월 후와 15개월 후에 각각 68.21%와 78.18%, 71.68%
와 58.88%의 값을 보였다. 3개월 후에만 SLA 표면 임플란트 가 TPS 표면 임플란트에 비해 높은 수치를 보였으며 6개월과 15개월 후에는 두 임플란트 사이의 차이는 보이지 않았으며, SLA 표면 임플란트는 초기치유기간에 더 많은 골융합을 보인 다고 보고하였다.
또한, 이번 실험에서는 SLA 표면을 갖는 두 임플란트를 비교했을 때, 4주와 8주 후의 BIC를 보면 Joy 1® 임플란트는 각각 50.26%, 59.23%였고, SLA® 임플란트는 각각 60.61%, Fig. 3. Histologic features of control (A, B) and experimental (C, D) groups after 8 weeks. All groups show good bone-implant contact around the im- plant. Newly formed bone consists of thick trabecular woven bone mimick- ing adjacent underlying bone (A, C:
H&E, ×12.5; B, D: H&E, ×100).
Table 1. Percentage of Bone-Implant Contact
Joy 1 implant® (%) SLA® (%) p-value 4 Weeks
8 Weeks p-value
50.26±28.47 59.23±4.17
0.593
60.61±23.40 60.77±16.62
0.345
0.522 0.655
Values are presented as mean±standard deviation.
Table 2. Percentage of Bone-Ingrowth Area
Joy 1 implant® (%) SLA® (%) p-value 4 Weeks
8 Weeks p-value
57.30±20.48 64.54±13.74
0.593
51.41±21.68 55.98±24.61
0.345
0.262 0.655
Values are presented as mean±standard deviation.
60.77% 값을 보였다. 또한 BI에 있어서 Joy 1® 임플란트는 각 각 57.30%, 64.54%였고 SLA® 임플란트는 각각 51.41%, 55.98%
값을 보였다. BIC와 BI에 있어서 두 임플란트와 비교 시 치유 기간에 따른 유효한 차이는 보이지 않았다. Keller 등[11]은 최 소한 50% 이상의 골 접촉률이 안정적인 보철물을 위하여 필 요하다고 주장하였는데, 이 실험의 실험군과 대조군 임플란 트의 4주와 8주 후의 치유기간에서 BIC는 이를 모두 충족하였 다.
Salvi 등[12]은 SLA 표면 임플란트를 식립한 지 1주일 후 에 보철을 위한 solid abutment를 체결하고 2주때 보철수복을 진행한 임상적, 전향적 연구를 시행하였다. 1년 후 생존율은 100%라고 보고하였으며 식립 2주 이후의 조기하중이 가능하 다고 주장하였다. Bornstein 등[13]은 SLA 표면 임플란트 식립 후 조직학적 연구에서 2주째 임플란트 표면과 접촉하는 새로 형성된 골 조직이 관찰되었으며, 4주째에는 더 많은 양이 관 찰되며 나사산과 접촉하는 부위에서 골개조과정(remodeling) 이 관찰되었다고 보고하였다. 이번 연구에서 Joy 1® 임플란트 는 식립후 4주째 임플란트 표면과 직접 접촉하는 잘 형성된 망 상골 형태의 신생골이 관찰되었으며 8주째에는 층판화를 보 였으며 망상골 형태가 더욱 두터워져서 기존골과 유사해지는 경향이 관찰되었다. 또한 4주군과 8주군에서 골개조 및 골성 숙 과정이 관찰되었다. 이는 Joy 1® 임플란트에서도 최소 4주 에 하중을 가할 수 있다는 것을 의미한다.
이 연구는 티타늄 표면을 산화알루미늄 입자를 분사한 후 산부식 처리한 SLA 방식으로 새로 개발된 임플란트인 Joy 1 implant®의 골형성 및 골조직의 반응에 대해 규명한 것으로, SLA® 임플란트와 유사한 조직반응과 골 형성이 관찰되었다.
이는 Joy 1 implant®가 SLA® 임플란트와 같은 일상적인 사용 이 가능할 것으로 생각되며, 향후에는 조기하중에 관한 실험 과 발치 후 즉시식립에 관한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
감사의 글
이 논문은 산업통상자원부 지정 조선대학교 치과용 정밀장 비 및 부품 지역혁신센터의 연구비 지원에 의해 연구되었음 (B0008940).
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