Abstract
Purpose: This study was conducted to histologically evaluate bone graft using autogenous tooth bone graft materials.
Materials and Methods: This study was conducted on patients who received implant placement combined with bone graft and sinus lifting during the period of June 2009 to September 2009. For patients who consented to histological testing, tissue samples were obtained and histomorphometric analysis was performed two months and four months after bone graft and four months after sinus bone graft.
Results: In histomorphometric analysis after two months and four months in both bone graft and sinus bone graft groups, favorable new bone formation was observed.
Conclusion: Autogenous tooth bone graft materials are substances that can be useful for bone graft procedures.
Key Words: bone, graft, tooth (Implantology 2011; 15(2): 134~141)
자가치아골이식재를 이용한 골이식술의 조직형태학적 평가
김수관
1
, 김영균2
, 임성철3
, 김경욱4
, 엄인웅5
조선대학교 치의학대학원 구강악안면외과교실
1, 분당서울대학교병원 치과 구강악안면외과
2, 조선대학교 의학대학원 병리학교실
3, 단국대학교 치과대학 구강악안면외과학교실
4, 한국치아은행
5Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft
Su-Gwan Kim
1, Young-Kyun Kim
2, Sung-Chul Lim
3, Kyung-Wook Kim
4, In-Woong Um
51
Department of Oral and Maxillofacial Surgery, School of Dentistry, Chosun University, Korea
2
Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Section of Dentistry, Seoul National University Bundang Hospital, Korea
3
Department of Pathology, College of Medicine, Chosun University, Korea
4
Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Dankook University, Korea
5
Korea Tooth Bank, Korea
경조직 결손부 수복에 있어서 자가골 이식이 가 장 이상적인 것은 논란의 여지가 없다. 골형 성, 골유도 및 골전도 능력을 모두 보유하고 있으며 면역거부반응이 없고 빠른 치유를 보이는 장점을 가지고 있으나 채취량이 제한적이고 이식 후 불가피한 흡수와 공여부에 이차 결손을 유발하는 것이 최대의 단 점이다. 따라서 이와 같은 단점을 극복하고자 동종, 이종 및 합성골이 개발되어 임상에서 사용되고 있으며 더욱 이상적인 골대체재료들을 개발하고자 하는 노력이 이루 어지고 있다.
1993년도부터 인간의 치아들을 이용한 골이식재 개발 과 실험적 연구가 시행되었으며 생체적합성이 있는 골전 도성 재료임이 입증되었다1-9.
이상의 연구들을 바탕으로 환자들에서 발치된 치아들 을 최첨단 의료 공법으로 처리하여 자가치아골이식재로 제조한 후 동일 환자의 골이식술에 이용하는 방법이 개 발되었다. 자가치아골이식재(AutoBT, Korea Tooth Bank, Seoul, Korea)는 이식 후 골유도 및 골전도에 의한 치유를 보이며 생체적합성이 매우 우수한 것으로 판명되 었다10-12.
저자 등은 AutoBT를 이용한 임프란트 주변의 소규모 골이식술과 상악동거상술과 골이식 후 치유과정을 살펴 보기 위해 2개월과 4개월 후 조직형태계측학적 분석을 시행하였다.
2009년 6월부터 9월까지 자가치아골이식재를 이용하 여 연속적으로 임프란트 식립과 동시에 골이식술 및 상 악동점막 거상술과 골이식술이 시행된 환자들을 대상으 로 하였다. 본 연구는 분당서울대학교병원 생명연구윤리 심의위원회의 허가(B-0905/076-010)를 득한 후 진행되 었으며 수술은 1인의 구강악안면외과의사가 시행하였다.
모든 환자들은 본 연구의 목적, 자가치아골이식재 처리 방법, 외과적 술식, 치유기간, 합병증 및 조직검사 등에 대해 충분히 설명을 듣고 임상시험 피험자 동의서에 서 명한 후 수술이 진행되었다.
1. 외과적 술식
1) 임프란트 주변 골이식술
임프란트 식립 후 주변에 수직 및 수평적으로 2 mm 이 상의 골결손이 존재하는 경우 자가치아골이식재를 이식 하였다. 차단막 사용 유무는 술자의 판단에 따라 결정되 었다.
2) 상악동골이식술
상악동저까지 잔존골 높이가 5 mm 이하인 환자들을 대상으로 하였으며 측방접근법을 통해 상악동골창을 제 거한 후 점막을 거상하고 자가치아골이식재를 이식하였 다. 잔존골의 높이가 절대적으로 부족하여 임프란트 임 프란트 초기고정을 얻기 어려울 경우엔 상악동골이식만 을 시행하고 4개월 후에 임프란트를 식립하였다.
2. 조직형태계측학적 평가
1) 조직시편 채취 및 처리
조직검사의 목적을 설명한 후 조직검사 동의서에 서명
Clinical Articles
한 환자들을 대상으로 하였다. 임프란트 주변 골이식술 후 조직시편은 이차수술 시기에 #15 surgical blade를 사 용하여 채취하였다. 채취 시기에 따라 2개월 군(group 1) 과 4개월 군(group 2)으로 구분하였다. 상악동골이식 시 행 군에서는 동시식립을 시행한 환자들에서는 이차수술 시기에 채취하였고 지연식립 환자들에서는 임프란트 식 립시기에 채취하였다. 상악동골이식 조직시편은 측방접 근법을 통해 2 mm trephine bur를 사용하여 시편을 채 취하였으며 모든 시편은 상악동골이식 4개월 후에 채취 되었다. 채취한 시편은 즉시 10% 포르말린 용액에 24시 간 고정한 후 Calci-Clear RapidTM (National Diagnostics, Atlanta, GA, USA)로 12시간 탈회하였다.
탈회된 조직은 흐르는 물에 세척한 후 자동조직가공기 (Hypercentre XP, Shandon, Cheshire, UK)를 이용하여 조직처리를 하여 파라핀 포매를 하였다. 파라핀 포매후 4~5 μm 두께로 박절하여 Hematoxylin-Eosin 염색을 하여 광학 현미경하에 관찰하였다.
2) 조직형태계측학적 관찰
제작된 조직 절편을 MagnaFire digital camera system (Optronics, Goleta, CA, USA)으로 촬영한 후 관찰대상 부위를 Visus Image Analysis System (Image &
Microscope Technology, Daejon, Korea)을 통하여 신생 골 형성, 직골/층판골 비율(WB/LB ratio), 신생골/골이 식재 비율(NB/GM ratio)을 측정하여 비교분석하였다.
3. 통계
임프란트 주변 골이식 후 2개월군과 4개월군간 조직형 태계측학적 분석은 Mann-Whitney U Test를 시행하였 으며 p<0.05에서 통계적으로 유의성 있는 것으로 하였 다. 각각의 통계적인 분석은 SPSS 15.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하였다.
Fig. 1. Microphotograph two months after an AutoBT
®graft. New bone formation (arrows) was identified around the implant chips (asterisks). Hematoxylin & Eosin stain,
×40.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft. Implantology 2011
Fig. 2. Microphotograph two months after an AutoBT
®graft. Higher magnification demonstrated new bone formation (arrows) around the implant chips (asterisks).
Hematoxylin & Eosin stain, ×200.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous
Tooth Bone Graft. Implantology 2011
연구결과
1. 임프란트 주변 골이식술
Group 1은 골이식 2개월 후에 6개 조직시편이 채취되 었다. 신생골 형성이 자가치아골이식재 주변에서 식별되 었고 고배율 사진에서는 직골 형성이 활발히 이루어진 것이 확인되었다. Group 2는 골이식 4개월 후에 7개의 조직시편이 채취되었다. 자가치아골이식재 주변에서 신 생골 형성과 상호간에 문합하는 소주골 형태들이 관찰되 었다. 고배율 사진에서 골이식재 주변에 국소적인 층판 골 형성과 소주 형태의 신생 직골이 관찰되었다. 일부 시 편에서는 흡수되는 자가치아골이식재 부위로 자라 들어 온 신생골이 직접 유합되어 있는 소견이 관찰되었다 (Figs. 1~4).
조직형태계측학적 분석에서 group 1은 평균 신생골
Fig. 3. Microphotograph four months after an AutoBT
®graft. New bone formed by anastomosing trabeculae (arrows) was identified around the implant chips (asterisks).
Hematoxylin & Eosin stain, ×40.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft. Implantology 2011
Fig. 4. Microphotograph four months after an AutoBT
®graft. Newly formed trabecular woven bone formation (arrows) was identified around the implant chip (asterisk).
Hematoxylin & Eosin stain, ×100.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft. Implantology 2011
1 2 3 4 5 6 Mean
SD
17 44
21 42 11 29 27.33 13.29
100/0 100/0 100/0 100/0 100/0 100/0
100 100 100 100 100 100 100 0
31/69 57/43 27/73 63/37 22/78 31/69
31 57 27 63 22 31 38.5 17.09 WB: woven bone, LB: lamellar bone, NB: new bone, GM: graft material.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft. Implantology 2011
III
Clinical Articles
형성율 27.33%, group 2는 46.87%를 보였으나 두 군간 에 통계적으로 유의성 있는 차이는 없었다(p=0.133). 평 균 직골/층판골 비율은 group 1, 100%, group 2, 86.14%
를 보였으며 두 그룹간에 유의성 있는 차이를 보였다 (p=0.036). 평균 신생골/골이식재 비율은 group 1이 38.5%, group 2가 63.14%였으며 두 군간에 통계적으로 유의성 있는 차이는 없었다(p=0.062) (Tables 1~3).
Table 2.
Histomorphometric finding 4 months after GBRSpecimen New bone formation (%)
WB/LB
ratio WB %NB/GM ratio NB % 1
2 3 4 5 6 7 Mean
SD
56 26 37 67 37 21 84 46.87 22.97
59/41 100/0 100/0 79/21 97/3 100/0 68/32
59 100 100 79 97 100
68 86.14 17.37
98/2 62/83
31/69 81/19 42/58 35/65 93/7
98 62 31 81 42 35 93 63.14 27.98 WB: woven bone, LB: lamellar bone, NB: new bone, GM: graft material.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft. Implantology 2011
Table 3.
Statistic difference between 2 (group 1) and 4-month (group 2) groupNew bone
formation (%) WB % NB % Group 1
Group 2
27.33 46.87
100*
86.14*
38.5 63.14
*p<0.036.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft. Implantology 2011
Fig. 5. Microphotograph four months after an AutoBT
®sinus bone graft. New bone formation (arrows) was identified around the implant chips (asterisks). Confluent new bone formation (open asterisk) was identified.
Hematoxylin & Eosin stain, ×40.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft. Implantology 2011
Fig. 6. Microphotograph four months after an AutoBT
®sinus bone graft. Higher magnification demonstrated new bone formation (arrows) around the implant chips (asterisks). Hematoxylin & Eosin stain, ×200.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous
Tooth Bone Graft. Implantology 2011
2. 상악동골이식술
4개월 후에 7개 조직 시편이 채취되었다. 골이식재 주 변에서 활발한 신생골 형성이 관찰되었다. 자가치아골이 식재의 일부분이 흡수되면서 신생골이 직접 유합하는 소 견들이 관찰되었다(Figs. 5, 6). 조직형태계측학적 분석 에서 신생골 형성은 평균 46.57%였고 직골/층판골 비율 82.86%, 신생골/골이식재 비율은 72.71%를 보였다 (Table 4).
총괄 및 고찰
Widmark와 Ivanoff13는 임프란트 주변 결손부에 자가 골분말을 이식하고 6개월 후 조직 시편을 채취하여 조직 학적 검사를 시행하였다. 변연 결손부에서는 81%의 골형
골을 이식한 부위는 3개월 후, BioOss를 이식한 부위는 6 개월 후 조직검사를 시행하였다. Bio-Gide membrane를 사용한 하악 정중부골 이식군과 차단막을 사용하지 않은 하악 정중부골 이식군에서 평균 골형성량은 각각 55.2±6.8%와 57.7±11.5%였다. 반면 Bio-Oss 군에서는 평균 17.6±14.5%의 신생골 형성을 보였다고 보고하였 다. 저자 등의 연구에서는 2개월 후 평균 신생골 형성이 27.33%, 4개월 후에 46.87%를 보였으며 시간이 경과하 면서 골성숙 및 신생골 형성이 더욱 증가될 것으로 예상 되었다. 자가치아골이식재는 시간이 경과하면서 서서히 흡수되는 소견을 보였다.
Karabuda 등15은 냉동건조동종골(freeze dried bone allograft, FDBA), 탈회냉동건조동종골(demineralized freeze dried bone allograft, DFDBA), BioOss를 각각 단 독으로 상악동에 이식하고 6개월 후 조직학적 검사를 시 행하였다. FDBA 이식 군에서는 신생골 50%, 잔류 이식 재 20%, DFDBA 군에서는 신생골 70~75%, 잔류 이식재 5~10%, Bio~Oss 군에서는 신생골 20~35%, 잔류 이식 재 30~40%였다고 보고하였다. Boëck-Neto 등16은 자가 골과 DFDBA, 자가골과 HA (OsteoGen)를 1 : 1의 비율로 섞어서 상악동골이식을 시행하고 10개월 후에 조직형태 계측학적으로 평가하였다. 그 결과 자가골+DFDBA 혼합 군은 골조직 50.46±16.29%, 잔류 이식재 8.24±3.60%, 자가골+HA 군에서는 골조직 46.79±8.56%, 잔류 이식 재 6.85±5.55%였다고 보고하였다. Lundgren 등17은 분 쇄한 하악 정중부골을 이용한 상악동골이식 시행 후 6, 12개월 후에 조직학적 검사를 통해 골체적을 조사하였 다. 6개월 후 40±12%, 12개월 후 48±10%의 bone volume을 보였음을 발표하였다. John과 Wenz18은 38명 의 환자를 대상으로 Bio-Oss 또는 하악골 정중부에서 채 1
2 3 4 5 6 7 Mean
SD
54 61 42 37 57 64 11 46.57 18.50
62/38 85/15 94/6 89/11 89/11 61/39 100/0
62 85 94 89 89 61 100 82.86
15.33 71/29 94/6 89/11 77/23 88/12 69/31 21/79
71 94 89 77 88 69 21 72.71 24.70 WB: woven bone, LB: lamellar bone, NB: new bone, GM: graft material.
Su-Gwan Kim et al. : Histomorphometric Analysis of Bone Graft Using Autogenous Tooth Bone Graft. Implantology 2011
IV
Clinical Articles
취한 자가골을 이용해 상악동골이식술을 시행하고 3~8 개월 후에 골조직을 채취해 조직병리학적 검사를 시행하 였다. 그 결과 Bio-Oss 단독 이식군의 신생골 형성은 29.52±7.43%, Bio-Oss와 자가골 혼합군(2 : 1) 32.23±6.86% 사이에는 통계적으로 유의한 차이가 없었 다. 한편 자가골 단독 이식군의 신생골 형성은 53.50±2.52%로 가장 많았다고 발표하였다. 본 연구에 서는 상악동골이식 4개월 후, 평균 신생골 형성은 46.57%였고 평균 직골/층판골 비율은82.86%, 신생골/골 이식재 비율 72.71%로서 매우 우수한 치유소견을 보였 다.
본 연구의 결과들을 살펴볼 때 자가치아골이식재를 이 용한 임프란트 주변 골이식과 상악동점막 거상과 골이식 을 시행하고 2~4개월 후 조직학적 소견에서 자가골 이 식에 버금가는 치유 양상이 확인되었다. 이식재 주변으 로 골전도성 치유가 활발히 이루어지면서 신생골은 자가 치아골이식재 분말과 직접 유합하는 양상을 보였다. 4개 월 후 조직사진에서는 이식재의 일부가 흡수되고 흡수된 부위로 신생골이 직접 유합되는 소견이 관찰되었다. 조 직형태계측학적 분석에서 신생골 형성, 직골/층판골 비 율, 신생골/골이식재 비율의 표준편차가 크게 나타난 것 은 자가치아골이식재의 치관과 치근 부분을 섞어서 사용 함으로써 무기질 및 유기질 성분의 다양성에 기인한 것 으로 추정된다. 또한 조직시편 채취 부위의 오류로 인해 편차가 컸을 가능성도 있다. 그러나 조직학적 소견과 조 직형태계측학적 결과를 참고할 때 자가치아골이식재는 골전도성 치유를 보이는 흡수성 재료라고 생각된다. 본 연구의 한계점은 조직학적 검사 시편의 수가 적어 통계 처리의 정확성에 영향을 미쳤을 가능성이 있기 때문에 여건이 허락된다면 사람에서 채취되는 조직시편의 수를 증가시켜 통계분석하는 연구가 필요할 것으로 사료된다.
결론
자가치아골이식재를 이용한 임프란트 주변 소규모 골 이식술과 상악동골이식은 2~4개월 후에 우수한 골전도 성 치유를 보이는 것이 확인되었다. 따라서 자가치아골 이식재는 골유도재생술과 상악동골이식술에 사용될 수 있는 유용한 재료라고 사료된다.
참고문헌
