염기성 pH 제어형 mineral trioxide aggregates (MTA)의 조직적합성 연구

Abstract

본 연구에서는 칼슘실리케이트 (calcium silicate)계 치과용 충전재인 mineral trioxide aggregate (MTA)에 bone cement의 주요 구성 성분인 dicalcium phosphate dihydrate (DCPD)를 첨가하여 강염기 pH의 제어 능력을 확인하고 해당 재료의 생체적합성을 평가하고자 하였다. OrthoMTA와 DCPD-OrthoMTA의 경화과정에서 시간에 따른 pH 변화를 측정한 결과 용출 7일 차부터 DCPD-OrthoMTA의 pH가 11.0 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있었고, 19일 차에는 OrthoMTA의 pH가 11.6±0.4, DCPD-OrthoMTA의 pH가 8.8±0.6을 나타내 OrthoMTA와 비교하여 DCPD-OrthoMTA의 염기성 pH 억제 능력이 개선된 것을 확인하였다. 염기성 pH 제어 능력이 세포활성도에 미치는 영향을 평가하기 위해 섬유아세포 (NIH3T3)를 이용한 세포독성 시험을 진행한 결과 DCPD-OrthoMTA를 희석하지 않은 100% 용출액으로 처리한 세포는 23.5%의 세포활성을 보였고, 50% 용출액은 80.1%의 세포활성을 보여 OrthoMTA 용출액보다 낮은 세포독성을 유도한 것으로 나타났다. 세포독성이 경조직 적합성에 미치는 영향을 확인하기 위해 랫드(Rat)의 두개골을 이용한 골조직 이식 시험을 진행한 결과 양성대조군인 Bio-Oss는 신생골을 형성하여 결손 부위의 경조직 부피가 이식 후 4주, 8주 및 12주에 점차적으로 증가하였으나, Bio-Oss와 DCPD-OrthoMTA를 함께 적용한 경우 결손 부위의 경조직 부피 가 변화 없이 그대로 유지되었으며, 신생골 형성도 관찰되지 않았다. 이식 거부 반응 등의 부작용 없이 12주 동안 이식부위에 DCPD-OrthoMTA 입자가 안정적으로 유지되어 골시멘트 등의 생체불활성 (bio-inert) 재료로서의 가능성을 보여주었다. 연조직 적합성 평가를 위하여 마우스 등 부위의 피하조직 이식 시험을 통해 이식 부위의 염증 반응 세포, 연조직 반응 등을 전반적으로 평가한 상대 자극 지수를 산출하였으며, DCPD-OrthoMTA의 자극 지수가 OrthoMTA 보다 미세하게 높았으나, irritation grade에서는 차이가 없어 유의한 차이는 확인되지 않았다. 비록 DCPD-OrthoMTA가 경조직과 연조직에 대한 적합성을 크게 향상시키지는 않았으나 국소적으로 pH 상승을 제어하여 OrthoMTA의 생체적합성을 개선시키고, 골이식 부위에 거부 반응없이 안정적으로 잔존하는 것이 확인되어 다양한 임상에 적용이 가능할 것으로 기대된다.

Alkalic pH caused by the process of setting MTA (mineral trioxide aggregates). DCPD (dicalciumphosphate dihydrate), a component of bone cement, can reduce pH of CPC (calcium phospahte cement). In this study, to evaluate the effect of pH control and cytotoxicity, DCPD-OrthoMTA was prepared, and their biocompatibility on tissue was investigated. DCPD-OrthoMTA significantly controlled alkaline pH of OrthoMTA in 24 hrs set states and reduced to pH 8.8±0.6 in 19 days after. The extract of DCPD-OrthoMTA also decreased cytotoxicity of OrthoMTA at high concentration (p<0.05). Cell viability of DCPD-OrthoMTA was 80.1% with 2-fold diluted extract but OrthoMTA was under 10%. In a calvarial defect model, a significant increase hard tissue volume in Bio-Oss but no change in DCPD-OrthoMTA was observed. In addition, there were the particles of DCPD-OrthoMTA up to 12 weeks compared with the effects of Bio-Oss. In subcutaneous inflammatory reactions, there were no significant differences among ProRootMTA, OrthoMTA and DCPD- OrthoMTA. Thus, these results suggest that alkaline pH controlled DCPD-OrthoMTA reduce cytotoxicity and keep good biocompatibility on soft tissue as OrthoMTA. Moreover, it shows the possibility of bio-inert material to be applied on diverse clinical cases.