전북대학교 치과대학 치주과학교실 윤정호 교수와 한국생산기술연구원, 메가젠임플란트 공동연구팀이 골형성 및 골유착을 보다 증진시켜 골다공증과 같은 식립이 어려운 환경에서도 보다 높은 성공률을 보일 수 있는 임플란트 표면 처리 기술을 개발했다.
이번 연구는 SCI급 상위 5% 저명 국제학술지인 『Journal of Dental Research(IF:6.116)』 9월호에 'Osteoconductivity of porous titanium structure on implants in osteoporosis'라는 제목으로 발표됐으며(J Dent Res. 2021 Sep;100(10):1178-1185) 경희대학교 치과대학 홍지연 교수와 전북대학교 치과대학 고석영 박사, 한국생산기술연구원 이원식 박사, 인하국제의료센터 장윤영 박사 등이 공동연구로 함께 참여했다.
윤정호 교수는 “고령 인구의 지속적인 증가로 인해 치아상실 빈도가 높아지고 있는 추세에서 임플란트 치료는 치아상실에 대한 통상적이고 성공적인 치료방법으로 자리매김됐으나, 골다공증과 같은 불량한 골질에서는 여전히 임상적인 실패를 보일 수 있다”며 “공동 연구팀은 이러한 문제점을 극복하기 위해 비글견의 골다공증 모델을 통해 구현한 불량한 골질 환경에서도 골유착을 증진시킬 수 있는 다공성 티타늄 구조체를 임플란트 표면에 도입하는 방안을 구상하고 연구개발을 진행했다”고 밝혔다.
임플란트의 표면처리는 골유착에 영향을 미치는 중요한 요소로, 임플란트 표면에 다공성 구조체를 형성하는 방법은 자연 해면골과 유사한 구조를 조성해 임플란트-골 계면에서 발생하는 응력을 효과적으로 분산하고 기공 구조를 증가시켜 내부로 신생골이 자라서 들어올 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
윤 교수는 “이번 연구에서는 분말사출성형 공정(powder injection molding technology, PIM)을 이용해 기공이 서로 연결된 형태의 개기공 티타늄 다공체(open-pore titanium structure)를 제작했다”며 “PIM 공정에서 팽창이 가능한 비드(bead)를 스페이스 홀더로 사용해 다공체 내 기공률(porosity)과 기공 사이를 연결하는 페이스(face)의 수 및 크기를 증가시킬 수 있었다”고 강조했다.
연구팀은 이를 사람 해면골과 유사한 형태의 구조체 제작에 응용해 기존의 거친 표면처리법 중 하나인 resorbable blast media(RBM) 방식으로 처리된 임플란트의 근단부에 티타늄 다공체를 형성했다. 이를 통해 주위 골 세포의 유입, 혈관화와 골 형성의 증진 및 골유착의 향상 효과를 가져올 수 있는데, 이번 연구에서는 특히 불량한 골질에서 티타늄 다공체의 효과를 확인하기 위해 실험적으로 골다공증을 유발한 비글견 모델을 이용했다.
연구 결과 골다공증이 유발된 하악골은 지방성 골수가 대부분을 차지하는 해면골 양상을 보였으며, 근단부에 티타늄 다공체를 적용한 경우 골-임플란트 접촉 길이(bone-to-implant contact length)와 나사선 사이 골형성 면적(inter-thread bone area)이 기존의 RBM 표면처리 임플란트와 비교해 크게 증가되는 결과를 얻었다. 이는 개기공 티타늄 다공체가 골다공증을 보이는 해면골에서도 골전도성을 증진시켜 임플란트의 골유착과 임상적 안정성을 도모할 수 있음을 보여준다.
윤정호 교수는 “골다공증을 포함해 골대사에 영향을 주는 전신질환이 있거나 잔존골이 부족한 상악 구치부, 치유가 불완전한 발치와 혹은 골질이 불량한 부위에서는 여전히 많은 임상적 한계가 임플란트 시술과정에서 나타난다”면서 “논문의 연구결과는 불량한 골질의 조건에서도 골전도성을 증진시킬 수 있는 개기공 티타늄 다공체 제작 및 적용기술이 부가적인 골이식을 최소화하면서 보다 빠르고 강한 골유착이 가능한 임플란트를 개발하는 기반 기술로 활용될 가능성을 보여줬다. 치과 임플란트 치료의 새로운 기술 개발과 관련 연구 활성화에 기여할 수 있기를 기대한다”고 덧붙였다.
