J. of Korean Orthopaedic Research Society Volume 4, Number 2, October, 2001
탈석회 우형 해면골(Osteovit
Ⓡ)이 가토의 대퇴골 내과 전층 연골 결손의 재생에 미치는 영향
서울대학교 의과대학 정형외과학교실*, 서울대학교 지능형 생체계면공학 연구센터†
이충훈*・유정준*†・안현정*・이명철*・성상철*・김희중*†
= Abstract =
The Effect of Demineralized Bovine Cancellous Bone (Osteovit
Ⓡ) on the Repair of Full-thickness Cartilage Defect in Rabbits
Chung Hoon Lee, M.D.*, Jeong Joon Yoo, M.D.*†, Ahn Hyun Jeong , M.S.*, Myung Chul Lee, M.D.*, Sang Cheol Seong M.D.* and Hee Joong Kim , M.D.*†
Department of Orthopaedic Surgery, College of Medicine*,
Intellectual Biointerface Engineering Center, Seoul National University, Seoul, Korea.†
Purpose : We observed the chondrogenic potential of demineralized bovine cancellous bone(OsteovitⓇ) in the repair of osteochondral defects of rabbits.
Materials and Methods : Full-thickness osteochondral defects of 3.3㎜ in diameter and 6㎜ in depth were created on the medial femoral condyle of the knee joint of 36 skeletally mature New Zealand white rabbits. In the right knee, the defect was filled with the demineralized bovine cancellous bone matrix(OsteovitⓇ), and in the left knee, the defect was left untreated as a control. At postoperative 3, 6 and 12 weeks, the quality of repair tissue was evaluated by Pineda’s semiquantative histological grading scale system. The inflammatory reaction was evaluated by observing the granuloma, foreign body type giant cell, infiltration of inflammatory cell, for- eign body and fibrosis.
Results : The defects that were filled with demineralized bone matrix showed poorer repair results and more severe inflammatory reaction than the untreated defects, at postoperative 3, 6 weeks. The demineralized bone matrix was completely absorbed after 12 weeks.
Conclusion : The demineralized bovine cancellous bone (OsteovitⓇ) was not helpful for the regeneration of the osteochondral defect of the articular cartilage in rabbit. Remarkable inflammatory reaction to the hetero- genic material seemed to be the main cause of the poorer regeneration of the osteochondral defect filled with bovine bone matrix.
Key Words : Osetochondral defect, Articular cartilage, Rabbit, Demineralized bovine cancellous bone, OsteovitⓇ
※ 통신저자 : 김 희 중
서울특별시 종로구 연건동 28 서울대학교 의과대학 정형외과학교실
Tel : 02) 760-2367, Fax : 02) 764-2718 E-mail : [email protected]
본 연구는 과기부・한국과학재단지원 우수연구센터“지능형 생체계면공학 연구센터”의 연구 수행 결과임.
서 론
초자 연골 중에서도 특화된 연골인 관절 연골에 서 연골에만 국한된 손상의 경우는 치유가 거의 되지 않는 반면 연골하 골까지 손상되어 골수와 연결된 경우에는 제한적으로나마 치유되는 것으로 알려져 있다5 , 2 1 ). 기존의 연마 관절 성형술, 천공 술, 미세 골절술 등의 방법에 의해 재생된 연골은 섬유 연골이기 때문에 관절 연골로서의 역학적 특 성이 부족하여 조기에 퇴행성 변화를 일으켜 다시 결손으로 남게 된다7 ). 따라서 최근에는 조직 공학 적 방법을 이용하여 보다 관절 연골에 가까운 조 직으로 결손을 복원시키고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 관절 연골 결손 치유에 대한 조직 공학적 연구에서 중요한 요소는 세포, 지지체 (scaffold), 세포 활성 인자들이며, 연골 세포 혹 은 연골 세포로 분화할 수 있는 세포를 적당한 지 지체에 부착시킨 후, 그대로 혹은 체외 배양한 후 연골 결손부에 이식하는 것이 기본 개념이다2 2 ). 미분화 세포가 연골 세포로 분화되고, 세포가 지 지체에 잘 부착되도록 하며, 이 부착된 세포가 잘 증식하고 연골 세포로서의 형질을 유지할 수 있도 록 하기 위해 여러 가지 물질들이 시도되고 있고 성장인자와 같은 세포 활성 물질의 첨가등1 9 , 2 0 )
, 좀 더 이상적인 지지체를 개발하고자 많은 노력이 기 울여지고 있다.
제 1형 콜라겐은 그동안 가장 널리 사용되어 온 지지체의 재료이다9 ). 그러나, 젤이나 mesh 형태 로 사용하기 때문에 어느 정도의 강도를 요하는 연골의 지지체로는 부적당한 것으로 평가되고 있 다7 ). 반면, 탈석회 골기질은 주로 제 1형 콜라겐 으로 이루어졌지만 세공형의 입체적 구조물로서 어느 정도 강도를 가지고 있고, 크기와 모양을 골 연골 결손에 쉽게 맞출 수 있으며 연골막 등을 고 정하기 쉽다는 장점이 있다3 ). 또한 탈석회 골기질 에는 연골 생성을 유도하는 것으로 알려져 있는 ILGF, TGF, FGF, BMP 등이 함유되어 있으 며1 2 , 1 7 , 2 5 , 2 6 )
, Dahlberg와 K r e i c b e r g s8 ), Katoh와 U r i s t1 1 )는 실험을 통하여 탈석회 골기질이 연골 생성 능력이 있음을 보고한 바 있다. 따라서 탈석 회 해면골이 연골 생성을 위한 지지체로서 유용하
게 이용될 수 있을 것으로 판단된다. Chu 등6 )은 가토에서의 실험에서 관절의 골연골 결손의 치유 에 있어 연골하 골의 재생이 잘 될수록 관절 연골 의 재생이 양호한 것을 관찰한 바 있다. 탈석회 골기질에는 B M P등 골의 생성을 촉진하는 물질들 이 다랑 포함되어 있는데, Billings 등3 )은 관절의 골연골 결손을 탈석회 골기질로 채우는 경우 연골 하 골의 재생이 촉진되는 것을 보고한 바 있다.
이 연구의 목적은 탈석회 해면골의 연골 재생을 위한 지지체로서의 가능성을 확인하기 위한 것으 로, 성숙 가토의 대퇴골 내과에 골연골 결손을 유 발하고 연골막이나 골막, 연골 세포 등의 인위적 인 세포의 제공 없이 탈석회 우형 해면골로만 채 운 후, 시간 경과에 따른 골연골 결손의 치유를 관찰 분석하였다.
연구재료 및 방법
실험 동물은 골격이 성숙된 생후 6 개월된 몸무 게 3000 그램 내외의 New Zealand계 백색 가토 (Oryctolagus cuniculus) 수컷 3 6마리를 대상으로 하였다. 가토는 실험 2주전에 구입하여 실험실 사 육장에서 R a b b i t용 사료(신촌사료, 신촌사료(주) 제조)와 수돗물로 사육하였다. 기타 사육 조건은 모 든 실험 대상 가토에서 동일하게 적용하였다.
가토를 Ketamine sodium(상품명: Ketalar, 유한양행 제조, 10㎎/㎏)과 Xylazine hydro- c h l o r i d e (상품명: Rompume, 한국 바이엘사 제 조, 20㎎/㎏)을 근육 주사하여 마취하고, 양측 슬 관절 부위의 털을 제거한 후, 10% povidone 용액 으로 소독하여 수술 부위를 준비하였다. 양측 슬관 절에 내측 슬개골주위 종절개를 가하고 슬개골을 외측으로 탈구시킨 후, 슬관절을 최대한 굴곡시켜 대퇴골 내과의 관절면을 노출시켰다. 대퇴골 내과 의 중앙에서 가능한 후방부에 drill bit를 이용하여 직경 3 . 3㎜, 깊이 6㎜의 원통형의 골연골 결손을 만들었다. 가토에서 이 부위는 간헐적으로 체중부 하가 이루어지며 슬관절이 7 0도 굴곡시 경골면과 접촉하는 곳이다6 ). 골연골 결손은 원통형으로 하고 결손 주변 조직의 손상을 최소한으로 하기 위하여 전동 천공기( d r i l l )를 사용하였고, 먼저 끝이 날카 로운 drill bit로 천공한 후, 끝을 평평하게 만든
같은 직경의 drill bit로 다시 천공하였다. 생성된 골연골 결손부를 생리 식염수로 세척한 후, 우측 결손(실험군)은 탈석회 우형 해면골인 O s t e o v i tⓇ (B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Ger- many) 2×2×1㎝ 덩어리에서 특별히 제작한 원통 형의 절단기( t r e p h i n e )를 이용하여 직경 3 . 7㎜, 길이 1 0㎜의 원기둥 모양 골편을 채취하였다. 이를 press fit 방법으로 채우고, 인접 연골과 높이가 같아지도록 칼로 다듬었다. 좌측 대퇴골 내과의 결 손(대조군)은 그대로 두었다. 수술 부위를 충분히 세척하고 창상을 봉합하였다. 수술후 3일까지 항생 제(cefazoline 30㎎)를 1일 1회 근육 주사하였고, 수술한 가토는 충분한 관절운동이 가능하도록 특별 한 고정 없이 사육장에 자유롭게 놓아두었다.
수술후 3, 6, 12주에 각각 6마리씩을 무작위로 선택하여 Ketamine sodium과 Xylazine hy- d r o c h l o r i d e를 앞서와 같이 근육 주사하여 마취하 고 공기를 정맥 주사하여 희생시켰다. 대퇴골 원위 부 ½을 채취하여 골연골 결손의 재생 정도를 육안 으로 관찰한 후, 골연골 결손부를 주위 골조직과 함께 덩어리로 채취하여 조직표본 제작을 위해 10% 중성 포르말린에 4 8시간 고정하였다. 고정된 조직을 20% EDTA에 6주간 탈석회한 후 파라핀 에 포매하고, 골연골 결손 중앙부에서 4㎛의 두께 로 종단하여 조직표본을 만들었다. 조직표본은
H & E와 Safranin-O & fast green으로 각각 염 색하였다. 재생 조직에 대한 조직학적 평가는 Pineda 등1 6 )이 제안한 것을 Sellers 등2 0 )이 변형 한 평가 체계를 이용하였다. 이 체계는 각 항목별 로 점수를 부여하는데 총 점수는 재생 조직이 완전 한 경우는 0점이며 가장 나쁜 점수는 3 1점이다.
이종 탈석회 골기질에 대한 조직의 염증 반응을 평 가하기 위해 육아종, 이물형 거대 세포, 염증 세포 의 침윤 정도, 이물질(이식된 탈석회 우형 해면 골), 섬유화 등을 관찰하였다. 각 항목별로 상대적 으로 평가하여 0, 1+, 2+, 3+까지의 등급을 부여 하였다. 두 명의 독립된 평가자의 평가를 합산 평 균하여 그 결과를 SPSS(version 10.0)를 이용하 여 통계적 처리하였다. 통계학적 방법은 재료의 수 가 적어 비모수 검정의 한 방법인 W i l c o x o n signed rank test를 이용하였다.
결 과
1. 육안적 소견
수술후 3주째, 양측 모두 결손부가 완전하지는 않으나 거의 다 재생 조직에 의해 채워졌다. 그러 나, 우측(결손을 우형 탈석회 골기질로 채운 실험 군)이 좌측(결손을 그대로 둔 대조군)보다는 덜 채워졌으며, 재생 조직이 좀 더 붉은 기를 띠었다 Table 1. Histologic Scores of Articular Cartilage Defects
C a t e g o r y F i l l i n g Integration S t a i n i n g
C e l l u l a r A c h i t e c t u r e A r c h i t e c t u r e
B o n e R e f o r m a t i o n T o t a l
of a t o f
M o r p h o l o g y w i t h i n o f
R e p a i r o f S c o r e D e f e c t M a r g i n M a t r i x D e f e c t S u r f a c e T i d e m a r k ( p o i n t s ) 탈석회 3 . 5±1 . 0 2 . 2±0 . 8 3 . 3±1 . 0 4 . 8±0 . 4 2 . 5±1 . 0 1 . 9±0 . 8 4 . 0±0 . 0 4 . 0±0 . 0 2 6 . 2±3 . 3 * 해면골
대조군 1 . 9±2 . . 0 1 . 5±0 . 7 2 . 0±1 . 2 3 . 2±1 . 5 1 . 2±0 . 8 1 . 1±0 . 8 3 . 9±0 . 4 4 . 0±0 . 0 1 8 . 7±6 . 0 * 탈석회 2 . 8±0 . 8 2 . 2±0 . 4 3 . 2±0 . 8 4 . 3±0 . 5 1 . 5±0 . 8 1 . 5±0 . 6 3 . 7±0 . 5 4 . 0±0 . 0 2 3 . 2±1 . 5 * 해면골
대조군 0 . 5±0 . 6 1 . 3±0 . 8 2 . 0±0 . 6 2 . 0±1 . 1 1 . 7±0 . 8 0 . 8±0 . 4 2 . 7±1 . 2 4 . 0±0 . 0 1 5 . 0±2 . 2 * 탈석회 1 . 0±1 . 6 1 . 0±0 . 9 1 . 8±1 . 3 2 . 8±1 . 3 1 . 2±0 . 8 1 . 7±0 . 8 2 . 5±0 . 8 4 . 0±0 . 0 1 6 . 0±5 . 3 해면골
대조군 0 . 6±0 . 6 1 . 0±0 . 7 1 . 4±0 . 9 0 . 8±0 . 8 1 . 4±1 . 5 1 . 4±1 . 5 1 . 6±1 . 5 3 . 6±0 . 9 1 1 . 8±5 . 6
*(p < 0.05) 3주
6주
1 2주
(Fig. 1-A). 수술후 6주째, 양측 모두 3주째보다 결손부가 좀더 채워지기는 하였으나 아직 완전히 채워지지는 못하였다. 재생 부위는 흰색이나 우측 의 경우는 좌측에 비하여 아직도 좀 더 붉었다 (Fig. 1-B). 수술후 1 2주째, 양측 모두 결손부가 완전히 채워졌으며, 색깔도 모두 거의 흰색에 가 까와졌다. 2마리에서 좌측 대조군의 재생 부위에 f i b r i l l a t i o n이 관찰되었다(Fig. 1-C).
2. 조직학적 평가(Fig. 2, 3)
3, 6, 12주에서의 실험군과 대조군의 조직학적 평가 점수는 Table 1과 같다. 전체적으로는 탈석 회 해면골로 채운 군에서 조직학적으로 더 나쁜 치유 결과를 보였다. 3, 6, 12주에서 두 군을 통 계적으로 비교한 결과 3주와 6주에서는 통계적으 로 의미있는 차이( p < 0 . 0 5 )가 있었으나 1 2주에서 는 차이가 없었다(p>0.05). 두 군 모두 시간이 경과함에 따라 조직학적 평가의 호전(점수의 감
Fig. 1. Gross findings of the regenerating osteochondral defect of the knees. A. At postoperative 3 weeks, both knees showed the regenerated tissue which was soft and irregular and did not resemble articular cartilage. The sur- faces were depressed relative to the adjacent cartilage. However, the surface of the experimental knee (R) showed more depressed contour and reddish color than that of the control (L) knee. B . At postoperative 6 weeks, the articular cartilage defects of both knees were filled almost completely with confluent neocartilage.
C. At postoperative 12 weeks, the defects of both knees had produced regenerated tissues that were pearly- white and firm. These new tissues, which resembled articular cartilage, appeared adherent to the adjacent car- tilage and had restored the contour of the femoral condyles (smooth articular surface without depression). The regenerated tissue of the control (L) knee looked fibrillated. D. At postoperative 24 weeks. The repaired tis- sues of both knees were similar in color and texture to the surrounding cartilage and had restored the contour of the femoral condyle completely. Grossly there was no difference in the quality of the repaired tissue between the experimental knee (R) and the control (L) knee.
Fig. 2. Microscopic findings of the regenerating osteochondral defects of the articular cartilage (H&E stain- ing, ×10). A. At postoperative 3 weeks, the defect filled with demineralized bovine bone matrix (Rt;
experimental) demonstrated partial filling with poorly organized fibrocartilaginous tissue. The central portion of the defect showed inflammatory response. The total score was 26 points. The untreated defect (Lt; control) showed fibrocartilaginous tissue that nearly reached the level of the adjacent carti- lage surface. The total score was 18 points. B. At postoperative 6 weeks, the defect of the control knee received a total score of 16 points. The surface of the regenerating defect was smooth and not depressed. The defect of the experimental knee received a total score of 22 points. C. At postoperative 12 weeks, the defect of the control knee showed complete replacement of subchondral bone below undisrupted the repair cartilage and the surface of the repaired cartilage was fibrillated. This defect received a total score of 13 points. In the defect of the experimental knee, fibrocartilage restored the articular surface. The bovine bone matrix had been completely absorbed and replaced by newly form- ing tissue. This defect received a total score of 18 points.
Fig. 3. Microscopic findings of the regenerating osteochondral defects of the articular cartilage (Safranin-O &
fast green staining, ×10). The sections were prepared from the same knees, from which the H&E stained sections of figure 2 were prepared. A. At postoperative 3 weeks, the regenerated tissue of the experimental knee was irregular and depressed in relation to the adjacent cartilage. Although the nor- mal cartilage had a strong affinity for the red orthochromatic stain (Safranin O), the regenerated tissue did not take up the stain. B. At postoperative 3 weeks, the surface of the repairing tissue was convolut - ed and poorly stained for glycosaminoglycan. In the defect of the experimental knee, the tidemark was not identified. C. At postoperative 3 weeks, the defect of the control knee had been completely healed.
Both the regenerated tissue and the adjacent cartilage to which it had become bonded exhibit normal orthochromatic staining properties with Safranin O.
소)을 보였다(Fig. 4). 대조군의 일부에서만 1 2 주째에 t i d e m a r k의 재형성을 볼 수 있었다. 두 군 모두에서 3주, 6주에서는 전혀 t i d e m a r k의 재형성이 없었고 탈석회 해면골을 채운 군에서는 1 2주째에도 관찰되지 않았다.
3. 조직의 염증 반응 정도(Table 2)
육아종은 두 군 모두에서 전 기간 동안에 전혀 관찰되지 않았다. 이물형 거대 세포, 염증 세포의 침윤, 섬유화는 3주, 6주에서는 탈석회 해면골을 채운 경우에 더 많이 관찰되었고 이는 통계적으로 의미가 있었다(P<0.05). 그러나, 12주째에는 두
군 모두에서 염증 반응이 관찰되지 않았다. 탈석 회 해면골(이물질)은 점차 흡수되어 1 2주에서는 완전히 흡수되었다.
고 찰
연골 재생을 위한 이상적인 지지체의 조건은 다 음과 같다. 첫째, 결손 부위에 잘 고정될 수 있어 야 하고, 둘째, 기질 안의 세포를 보호할 수 있고 비록 분해가 진행되더라도 조직의 재생이 어느 정 도 될 때까지 충분한 역학적 강도를 가져야 한다.
셋째, 세포가 기질 내에 잘 부착될 수 있어야 한 다. 넷째, 새로운 연골이 재형성되고 기질 자체를 대치할 수 있도록 생분해(biodegradable) 능력 이 있어야 한다. 다섯째, 독성이 없어야 하고 염 증 세포들을 자극하지 않아야 한다7 ). 여기에 연골 생성을 촉진하는 물질을 함유하여 이를 서서히 유 리시킨다면 더욱 이상적일 것이다.
골조직은 냉동후 사용하면 거부 반응이 거의 없 기 때문에 면역 억제제의 사용 없이 동종 이식뿐만 아니라 이종 이식이 가능하다2 ). 또한 탈석회를 하 더라도 어느 정도 강도를 가지고 형태를 유지하여 필요한 크기와 모양으로 맞추어 가공할 수 있으며, 체내에서 서서히 흡수된다. 또한 자체에 여러 가지 세포 활성 물질을 가지고 있다고 알려져 있다.
Table 2. Inflammatory response*
Category
Grauloma FB type Immune Cell Foreign
Fibrosis
Giant cell Infiltration Body
탈석회 0.0±0.0 2.3±0.9† 1.9±0.4† 2.2±1.1 2.0±0.0†
해면골
대조군 0.0±0.0 0.1±0.3† 0.5±0.8† 0.0±0.0 0.7±0.9†
탈석회 0.0±0.0 0.8±0.8† 0.7±0.8† 0.8±1.0 1.3±0.5†
해면골
대조군 0.0±0.0 0.3±0.5† 0.2±0.4† 0.0±0.0 0.7±0.5†
탈석회 0.0±0.0 0.0±0.0 0.0±0.0 0.0±0.0 0.0±0.0
해면골
대조군 0.0±0.0 0.0±0.0 0.0±0.0 0.0±0.0 0.0±0.0
*(0:0, +:1, ++:2, +++:3), †(p < 0.05) 3주
6주
12주
Fig. 4. Scores of histologic grading for the regenerating articular defects.
N o g a m i와 U r i s t1 4 )는 태아의 근육에서 탈석회 골 기질이 간엽 세포의 분화에 영향을 미치며 이 세포 들은 조직 배양시 연골을 생산할 수 있는 연골 세 포로 분화되었다고 하였다. 이상을 고려할 때, 탈 석회 골기질은 연골 재생을 위한 이상적인 지지체 의 조건을 비교적 잘 갖추었다고 판단되었다.
본실험에서 이종 조직인 우형 해면골을 사용한 이유는 실험 동물인 토끼에서 자가 또는 동종 해 면골의 확보가 어려운 반면, 우형 해면골의 경우 이것이 인체에 사용하도록 상품화되어 있고, 향후 인체에 사용하게 되는 경우 공급이 원활하고 크기 의 제한이 없을 것이기 때문이었다. 손상을 그대 로 둔 대조군에서의 지지체 역할은 섬유소 응괴가 했다고 생각할 수 있다. Breinan 등4 )은 섬유소 응괴는 치유를 위한 세포들이 머무를 수 있는 임 시적 지지체 구조를 제공하며 이는 석회화된 혈종 등에 의해 생긴다고 하였다.
병리학적 소견을 근거로 한 연골 재생의 정도 판 정은 이를 점수화한 준정량적( s e m i - q u a n t a t i v e ) 평가체계인 Pineda 등1 6 )과 O’Driscoll 등1 5 )의 방 법이 주로 쓰이고 있다. 이들은 각각 장단점이 있 으며, Auw Yang 등1 )은 이들 두 방법을 비교하 여 보고한 바 있다. 그 결과 두 방법 모두 관찰자 간(inter-observer), 관찰자 자체( i n t r a - o b s e r v- e r )의 신뢰성은 좋다고 하였으며 비록 평가 방법 이 다르더라도 이들 두 방법으로 평가한 문헌들은 서로 비교되어질 수 있다고 하였다. 본 연구에서는 Pineda 등1 6 )의 방법을 근간으로 Sellers 등2 0 )이 변형하여 제안한 평가 체계를 이용하였다.
관절 연골의 자연 치유에 대해서 연구한 S h a p i r o
등2 1 )은 가토의 대퇴골 원위 관절 연골에 직경 3㎜크
기에 골연골 결손을 만든 뒤 관찰 한 결과, 술후 3 주째는 연골세포층이 잘 발달하고 연골 세포층의 깊은 부위에서는 연골 세포들이 비대해지며, 결손 의 길이 방향으로는 연골내 골화가 진행되고 주변 골수에서는 막내 골화에 의한 직골(woven bone) 이 생긴다고 하였다. 술후 4 ~ 8에는 결손부가 대부 분 채워지고 재생 연골은 실제 초자 연골과 거의 비 슷해진다고 하였으며, 술후 1 2 ~ 2 4주에는 연골세포 층이 잘 발달돼 있으며 비대한 연골 세포는 관찰되 지 않는다고 하였다. 24주엔 t i d e m a r k가 뚜렷하며 주변 골수에는 층판골이 생성된다. 연골 표면에서
는 p r o t e o g l y c a n의 감소, fibrillation, 세포수의 감소 등 퇴행성 변화가 일어난다고 하였다. 본 실험 에서 t i d e m a r k의 재형성을 관찰할 수 없었던 것은 실험 기간이 1 2주로 단기간이었기 때문으로 생각되 며 1 2주째 대조군 일부에서 이의 시작을 관찰할 수 있었던 점도 이를 뒷받침한다. 또한 1 2주째에 2마 리에서 자연 치유되었던 좌측의 관절 연골 부위에 f i b r i l l a t i o n이 관찰된 것도 이들의 실험 결과와 일 치한다. Wakitani 등2 7 )은 2 4주째가 되면 재생 연 골의 뚜렷하게 얇아진다고 보고하였는데, 본 연구 에서도 5마리는 2 4주까지 관찰한 바 재생 연골뿐만 아니라 주위의 정상 연골까지도 뚜렷하게 두께가 감소하였으며, 육안 소견 상으로는 양측의 재생 부 위에 차이가 없었다.
이종 탈석회 골기질을 이용한 실험에 대한 기존 의 보고들은 그 결과가 다양하였다. ten Koppel
등2 4 )이 소의 탈석회 해면골을 자가 연골막 판
(perichondrial flap)으로 둘러 싼후에 혈액 공 급이 잘 되는 가토의 귀 연골 결손에 이식한 결과 결손이 연골로 치유되는 결과를 얻었고 새로 생성 된 연골은 Ⅱ형 교원질과 hyaluronic acid binding 부위를 가지는 p r o t e o g l y c a n은 있으나
Ⅰ형 교원질은 없어서 초자 연골이라고 하였다.
반면, van Osch 등2 6 )은 우형 탈석회 골기질 자 체의 연골 생성 능력을 평가하기 위해 연골막 없 이 우형 탈석회 골기질만 가토의 귀 연골 손상 부 위에 이식한 결과, 술후 3 ~ 6주째에 모두 연골 생 성 없이 탈석회 골기질이 완전 흡수되었다고 보고 하였다. ten Koppel 등2 3 )도 가토의 외이 연골에 6㎜의 결손을 만들고 이 결손에 소의 해면 탈석회 골기질을 채웠으나 술후 6주 이후에도 연골 생성 이 되지 않았으며 탈석회 골기질도 모두 흡수되었 으며 결손 부위는 단지 섬유 조직으로 채워져 있 었고 이는 골 결손을 방치한 군과 같은 소견이었 다고 하였다. 이상의 van Osch 등2 6 )과 t e n Koppel 등2 3 )의 실험은 비록 외이의 연골을 대상 으로 한 실험이지만 추가적인 세포의 공급원 없이 탈석회 골기질만으로는 연골 재생이 어렵다는 것 을 의미하며 관절 연골을 대상으로 한 본 실험 결 과와도 비슷하다.
동종 탈석회 골기질을 이용한 동물실험에서는 이것이 연골 치유에 도움이 된다는 보고가 많다.
G r e e n1 0 )은 가토의 동종 탈석회 골기질에 동종 연 골 세포를 배양하여 이식한 결과 직경 5㎜의 전층 관절 연골 손상이 치유되었다고 보고하였다.
Billings 등3 )은 전층 관절 연골 결손을 가토의 대 퇴 내과에 만들고 이 결손을 동종 탈석회 골기질 과 자가 늑골 연골막의 복합 조직으로 채운 결과, 1 2주에 걸쳐 탈석회 골기질은 골에 의해 점진적 으로 대치되었고 신생 연골과 연골하 골이 분화됨 에 따라 t i d e m a r k도 명확해졌다고 보고하였다.
또한 재생 연골의 육안적 충실도 즉, biologic a c c e p t a n c e가 탈석회 골기질이나 탈석회 골기질 과 연골막으로 채운 경우가 자가 골편으로 채운 경우보다 좋았다고 하며, 이것은 탈석회 골기질이 골 자체보다 더 강력한 골 유도 능력과 연골 생성 능력을 가짐을 의미할 수도 있다고 주장하였다.
이 같은 동종 탈석회 골과 이종 탈석회 골을 이 용한 실험 결과의 차이는 이종 골에 대한 염증 반 응때문이라고 생각된다. Sela 등1 8 )은 염증 반응은 연골과 골 생성 유도를 방해한다고 하였고, 아마 도 염증에 의한 pH 감소로 효소 작용이 방해받기 때문으로 추측된다고 하였다. van Osch 등2 6 )은 탈석회 골기질과 연골막을 가토의 귀 연골 손상 부위에 이식한 후 탈석회 골기질에 대한 조직의 반응을 중점을 두어 연골 생성 과정의 시간에 따 른 변화를 관찰한 결과, 술후 3일째부터 대식 세 포가 탈석회 골기질 주변에 군락을 생성하였고 이 들의 수는 술후 2주째에 최고조에 달하고 이후 감 소하였다고 하였다. 그러나 중성구는 아주 소수만 관찰되었다고 하였다. 술후 3주째부터 탈석회 골 기질이 흡수되기 시작하였고, 첫 주부터 연골 모 세포가 탈석회 골기질에 침투하기 시작하였으며, 또한 술후 첫 주부터 둘째 주 사이에 연골 생성이 관찰되었다고 보고하였다. 본 실험에서도 염증 반 응의 정도를 보기 위해 육아종 형성, 이물성 거대 세포의 수, 염증 세포의 침윤, 잔여 이물의 양, 섬유화 등을 측정한 결과 육아종 형성을 제외한 항목에서 6주까지는 탈석회 해면골을 채운 군이 더 염증 반응이 심했다. 그러나, 탈석회 해면골이 완전히 흡수된 1 2주째에는 두 군 모두 염증 반응 을 관찰할 수 없었다. 따라서 우형 탈석회 해면골 을 채운 군의 연골 치유가 더 나쁜 결과를 보인 중요한 요인이 이종 조직에 대한 심각한 염증 반
응이었을 가능성이 높다.
탈석회 골기질의 연골 생성 능력이 좋지 못한 것 에 대한 또 다른 가능성은 탈석회 골기질이 주로
Ⅰ형 교원질로 이루어졌기 때문일 수도 있다.
Nehrer 등1 3 )은 개의 연골 세포 배양 시험에서 교 원질 형과 기질의 구멍 크기에 따라 연골 세포의 반응이 다르다고 하였다. Ⅰ형 교원질에서는 섬유 모세포와 비슷한 세포 모양을 보이고 섬유 기질을 생산한 반면, Ⅱ형 교원질에서는 보다 연골 모세포 에 가까운 모양을 보이며 G A G를 생산하여 보다 정상 연골에 가까운 기질을 생산하였다고 하였다.
결 론
가토의 관절연골 골연골 결손의 재생에 있어서 우형 탈석회 해면골인 O s t e o v i tⓇ는 도움이 되지 못하였는데 그 주요 원인은 우형 탈석회 해면골은 이종골로서 충분한 연골이 재생되기 전에 심한 염 증 반응에 의해 조기에 이식된 골이 흡수되었기 때문으로 판단되어진다. 이 결과는 사람에 있어서 연골 재생을 위한 지지체로 이종 탈석회 골기질인 O s t e o v i tⓇ는 부적합할 것임을 시사한다.
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