근래에 들어 악안면의 다양한 결손부를 기능적, 심미적으로 회복시키려는 노력들이 많이 행해지고 있고 특히 임프란트 술식의 발달로 보다 양호한 결과를 위해 다양한 골 이식재를 이용하게 되었다.

현재 국내에서도 다양한 재료들이 시판되고 있지만, 몇몇 재료를 제외하고는 재료의 특성이나 적응증에 대한 연구가 부족하여 선택시 많은 혼란이 있는 것으로 생각되었다.
본 글에서는 시판되는 골 이식재의 특성에 대해 알아보고 올바른 사용법에 대해 고민해 보고자 한다.

골이식재의 골형성 기전

골이식재는 병적 혹은 생리적 원인에 의해 골이 소실된 부위에서 골성장을 자극하는 역할을 한다. 이러한 골이식재의 작용은 기전에 따라 골전도(osteoconduction), 골유도(osteoinduction), 골발생(osteogenesis)으로 분류할 수 있다.

골전도란 주위 골조직으로부터 osteoblast가 이식골부위로 이주, 무기질이 침착에 의해 골이 형성되는 것으로 반드시 주변에 골조직이나 분화된 간엽세포가 있어야만 일어난다.
만약 골전도 물질이 피하조직 같은 다른 부위에 이식된다면 골성장을 개시하지 못한다. 골조직 혹은 연조직에 이식되었을 때 골전도 물질은 흡수되어 ‘creeping substitution’과 유사한 과정을 통해 골조직으로 대체된다.

골유도(osteoinduction)는 골이식재가 미분화간엽세포를 불러오고 골전구세포로 분화되는데 영향을 미쳐서 새로운 골조직을 형성하는 과정으로 보통 골형성유도단백질(BMP)이 관여하는 것으로 알려지고 있다. 피하조직과 같은 다른 조직에 이식되었을 때에도 골형성이 가능하다. 골유도성 이식재는 또한 골개조(remodeling) 과정에도 큰 영향을 미친다.

골발생이란 이식재 내에 살아있는 세포에 의한 골조직 생성을 의미하며 자가골이 유일한 골형성재료이다. 가장 효과적인 형태는 망상골로 보다 많은 골아세포를 확보하기 위해서는 빠른 시간내에 가능하면 많은 골을 충분히 다져 넣는 것이 유리하다.

자가골은 골발생, 골유도, 골전도 세가지 능력을 모두 가지고 있고, 동종골은 골유도와 골전도 그리고 이종골과 합성골은 골전도 능력만 가지고 있다.

골이식재의 종류

자가골
자가골은 골발생,  골유도, 골전도 세가지 기전을 모두 유발하며 가장 이상적인 골 이식재로 생각되고 있다. 그러나 공여부가 제한적이고 부가적인 수술이 필요하다는 단점으로 인해 다른 골 이식재로 많이 대체되고 있다.

가장 많이 이용되는 구외 이용부로는 경골과 장골을 들수 있으며 양질의 다량의 골조직을 채취할 수 있다는 장점이 있으나 전신마취가 필요하고 술후 보행장애 등 합병증의 위험이 있다. 구강내에서 이용할 수 있는 부위로는 상악결절부, 하악정중부, 하악지를 들 수 있으며 때로 수술과 관계없는 인접 무치악부 혹은 골융기(torus)를 이용할 수도 있다. 

많은 양이 필요하지 않을 때에는 trepine bur를 이용하거나 임프란트를 식립할 때 drill에 묻어 나온 것이나 bone collector를 이용할 수도 있다.

동종골
Cadaver 혹은 조직은행에 보관된 골조직을 냉동, 냉동건조 혹은 탈회냉동건조하여 만들어진다. 동종골이 가진 장점으로는 유용성이 크다는 점과 함께 부가적인 수술이 없으므로 수술시간이 짧아지고 부가적인 수술에 따른 합병증을 예방할 수 있다는 점이다.

뿐만아니라 공여부의 제한이 없으므로 많은 양을 얻을 수 있다는 점 등도 장점으로 생각할 수 있다. 반면 드물기는 하지만 공여체가 간염이나 AIDS 등 바이러스 질환에 이환된 경우 병원체에 감염될 위험이 있다. 냉동만 시행한 경우는 병원균이 남아있을 수 있으므로 거의 사용되지 않는다.

이식재의 유기물 중  BMP(bone morphogenic protein)가  골유도에 관여하는 것으로 알려져 있다.
FDBA(Freeze-dried bone allograft)는 세척과 화학 처리 후 골을 동결건조시켜 작은 크기로 분쇄한 것으로 무기질과 유기질을 모두 포함하고 있다.

일차적으로 이식골의 무기질 성분이 신생골의 광물원(mineral source)이 되며 초기 FDBA는 골전도성이다. 광물이 흡수된 후 HA 구조내에서 유기질이 유리되며 BMP가 노출되어 골유도에 관여한다.

DFDBA(Demineralized freeze-dried bone allograft)는 무기질이 탈회되어 BMP가 더 쉽게 노출되어 골전구세포에 작용할 기회가 증가될 것으로 기대되며 연구에 따라서는 FDBA보다 우수한 골유도 능력을 갖는 것으로 보고되고 있다.

동종골의 골 형성 능력은 공여체와 공여부에 따라 크게 다르며 젊은 사람에서 채취된 것이 골유도 능력이 우수하다. 또한 막성골보다 연골내골이, 망상골보다는 치밀골이 큰 골유도 능력을 갖는다.

이종골
대부분의 이종골 이식재는 우골(bovine bone)에서 채취되며 공여부의 제한이 없고 병원균의 위험이 적은 것으로 알려졌으나 근래에는 광우병의 전이 가능성이 위험요소로 알려지고 있다. 이종골 이식재는 골전도성 골이식재로 대부분 세척과 화학처리를 통해 모든 유기물을 제거하고 무기물을 일정한 크기로 분쇄하여 제작된다.

국내에서 생산되는 이종골 이식재로는 (주)오스코텍의 BBP(bovine bone powder)와 BioCera가 있다. BBP는 일반적인 이종골 이식재로 송아지의 해면골만을 이용하며 여러 단계의 세척과 화학처리를 통해 지방과 유기질을 모두 제거하여 면역 거부 반응을 최소화하였다.

BioCera는 BBP에 calcium phosphate nano crystal을 박막코팅하여 골전도 능력을 증가시킨 제품이다.

이종골 중 가장 많이 사용되고 있는 Bio-Oss는 송아지의 해면골과 피질골을 유사한 방법으로 처리한 것이나 정확한 처리과정은 알려져 있지 않다. 각각 피질골과 해면골을 이용한 제품과 입자형 혹은 블록형이 시판된다. 제조사에 따르면 상악동거상술 등 거의 모든 구강내 작은 결손부에는 단독으로 사용하고 임프란트와 광범위한 치주 병소에는 차폐막과 함께 사용할 것을 추천하고 있다.

근래에 들어서 우골(bovine bone)에 P-15 단백질은 부착시킨 PepGene P-15가 개발되었다. 
P-15란 제 1형 교원질의 세포부착부를 합성한 세포외기질로 세포고정과 세포내 조절신호를 중계하여 세포가 성장인자를 분비하도록 유도하는 역할을 한다.

남은 제품을 3회까지 autoclave하여 재사용이 가능하고 연구에 따르면 초기 골형성은 우수하나 시간 경과에 따라 효과가 감소하는 단점이 있으므로 자가골과 함께 섞어서 이식했을 때 탁월한 효과를 보이는 것으로 알려지고 있다. 그러나 아직 국내 시판은 되고 있지 않다.

합성골
많은 합성골 이식재들이 시판되고 있으나 본 글에서는 각 종류에 따라 특징적인 이식재를 중심으로 살펴보고자 한다.

합성골은 다양한 질감, 입자크기, 형태를 가지며 가장 많은 것이 합성 HA이다. HA는 골조직의 구성요소로 생체적합성이 뛰어나고 감염저항성도 크다.Calcitite HA 2040은 치밀한 구조의 HA로 비흡수성이다. 치밀한 HA는 임플란트 표면에 이식되었을 때 임플란트와 결합할 수 없다.

또한 치밀골보다 3배 정도 단단하기 때문에 bur로 prep하기 어렵다. 따라서 향후 임플란트가 계획된 부위에는 사용하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 형태의 이식재는 순측 연조직의 외형을 증강하거나 의치의 지지를 위한 치조제 증강술에 이용된다.

다공성의 HA는 대부분 시간의 차이는 있지만 흡수된다.
흡수율은 입자의 크기, 사용된 양, 결정형에 따라 다르다. 이식재 중 골과 접촉한 HA는 골과 계면을 형성하지만 대부분은 섬유조직에 의해 피개된다. 따라서 이식재가 발치창이나 상악동 같은 동에 이식되었거나 차폐막으로 연조직과 차단되었을 때 계면에서 골조직이 생성될 가능성이 높아진다. 

Algipore(Friadent), OsteoGen (Impladent LTD) 등이 시판되며 생체에서 흡수되지만 정상적인 골조직으로 대체되기 위해서는 24개월 이상이 요구되며 감염저항성이 있다.

TCP는 HA와 유사하지만 비생체물질로 생체내에서 일부가 HA로 전환된다. HA보다 빨리 흡수되기는 하지만 기계적 강도가 약하고 골전도능력이 부족하여 자가골이나 BMP등과 함께 이용하여야 원하는 골형성을 얻을 수 있다.

Cerasorb는 99%이상의 beta-TCP로 PRP carrier로 공인을 받았다. 제조사에 따르면 잔사를 남기지 않고 흡수되면서 신생골을 형성해 나간다고 하나 완전히 흡수되기 위해서는 수개월이 소요되므로 최소 12개월 후에나 자가골과 유사한 강도의 골조직을 얻을 수 있다.

BioCoral은 산호에서 채취된 다공성 구조의 흡수성 calcium carbonate 이식재이다. 지혈효과가 우수하고 골조직과 유사한 다공성을 가지므로 치주치료시 우수한 골전도성을 보이며 다루기 쉽다.

생체활성 유리세라믹(bioactive glass ceramic)은 HA가 느리게 흡수되는 단점을 보완하기 위해 개발되었으며, sodium salt, silicone, calcium salt, phosphate로 구성된 무정형 이식재로 생물학적 성질은 아직 완전히 밝혀지지 않고 있다.

대표적인 이식재로 Biogran, Perioglas 등이 있으나 생체내에서 빠르게 흡수되어 HA를 형성하는 것으로 알려져 있다. Bioplant HTR은 polymethy-lmethacrylate와 polyhydroxyethy-lmethacrylate를 조합시키는 과정을 통해 만들어진 흡수성 복합수지로 barium sulfate를 도포하여 방사선불투과성을 부여하고 calcium hydroxide/carbonate를 도포하여 골과의 직접 결합을 도모하였다.

매우 천천히 흡수되며 완전히 흡수되어 골로 대체되는 데 4-5년의 기간이 필요하다.