중간엽 줄기세포를 이용한 골재생의 임상적 활용

박찬우,임승재,박윤수 대한정형외과학회 2019 대한정형외과학회지 Vol.54 No.6

Owing to the recent advances in biological knowledge on stem cells, many efforts are being made to apply them to clinical practice. Although mesenchymal stem cells were first found in bone marrow aspirates, they are understood to be multipotent stromal cells that can be extracted from a variety of tissues, such as adipose, dermal, skeletal muscle, and umbilical-cord tissues. The osteogenicity of mesenchymal stem cells has been verified through various experiments and animal studies. Some successful bone regenerations have also been reported in difficult clinical situations, such as large bone defects, osteonecrosis, and nonunion. On the other hand, there are no standardized indications or application methods for each clinical situation, and convincing evidence of its efficacy and safety is still lacking. Bone regeneration therapies using mesenchymal stem cells are likely to expand further in the future, but there are some issues that need to be addressed in order for them be recognized as standard treatments. 최근 줄기세포에 대한 생물학적 지식의 발전으로 인해 이를 실제 환자의 치료에 적용시키기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 중간엽 줄기세포는 골수 흡인물로부터 처음 발견되었으나 현재는 지방, 피부, 근육, 제대혈 등 다양한 조직으로부터 추출될 수 있는 다능성 기질세포로 이해되고 있다. 그동안 중간엽 줄기세포의 골형성능은 여러 실험 및 동물 연구를 통해 증명되었으며 골결손, 골괴사, 불유합 등의 어려운 임상 상황에서 일부 성공적인 골재생 결과들이 보고되고 있다. 하지만 아직까지 각 질환별 적응증이나 표준화된 적용법이 마련되어 있지 않으며 효능 및 안전성에 대한 객관적 증거가 부족한 상태이다. 중간엽 줄기세포를 이용한 골재생은 앞으로 더욱 확대될 가능성이 높으나 표준적인 치료로 인정받기 위해서는 아직 해결되어야 할 과제들 또한 남아 있다.

유구치 치근분지부 병소의 치수절제술과 소파술에 의한 골재생

이승현,우연선,김재문,정태성,김신 大韓小兒齒科學會 2005 大韓小兒齒科學會誌 Vol.32 No.4

유구치의 깊은 우식은 치수병소을 유발하고 이를 조기에 치료하지 않을 경우에는 치수강저의 수많은 부근관을 통하여 치근분지부 병소로 이어진다. 지금까지 대부분의 교과서나 문헌에서는 이와 같은 경우를 발치의 적응증으로 기술하여 왔고 임상에서도 상례적으로 발치를 흔히 시행하였다. 그러나 유구치의 조기 상실은 수많은 부작용을 낳는 것이 필연적이다. 어린이의 골재생 능력이 우수하며, 치수강저와 치근분지부를 잇는 많은 부근관이 있음을 생각해 볼 때 유구치 치수 내의 감염원을 치수절제술로 제거하고, 이미 발생한 치근분지부 병소에 대해서는 소파술을 시행한다면 치근분지부 골조직의 신속한 재생이 가능하지 않을까하는 의문이 제기되었다. 본 중례는 3~6세 어린이에서 유구치 치근분지부 방사선 투과상이 2~4mm 정도의 깊이를 보이는 비교적 경미한 수준이면서, 연조직 누공을 보이는 10개 중례를 선별하여 치수절제술과 치근분지부 소파술을 시행한 결과, 모두에서 방사선적으로 골재생이 관찰되었다. 이를 통하여 유구치 치근분지부 병소나 누공을 보이는 모든 경우가 발치의 적응증은 아니며, 이 방법이 치근분지부 병소를 가진 유구치를 잔존시킬 수 있는 하나의 대안이 될 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 이 방법이 객관적인 타당성을 얻기 위해서는, 병소의 크기와 진행정도, 계승 영구치의 성숙도, 환아의 연령 등 적응증에 대한 보다 심층적인 검토와 연구가 필요할 것으로 사료되었다. Deep caries in primary molars without early intervention frequently induce a pulpal disease and consequent furcation lesion with fistulous openings. Up to now, majority of the textbooks on pediatric dentistry and literatures have described that extraction of the inflicted teeth is indicated for these cases and in reality these teeth have usually been extracted in the dental clinics. However, when we recognize the excellent capacity of bone regeneration in children and the presence of numerous accessory canals at furcation areas, the removal of infection source in pulp by pulpectomy and inflammatory granulation tissues at furcation areas by furcal curettage might open the possibility of rapid healing at the furcation region. In this report. 10 cases of primary molars in 3 to 6-year-old children with fistulous openings and furcation lesions in moderate size of 2 to 4mm in depth radiolucency at furcation lesion have been chosen. After pulpectomy and furcal curettage, evident bone regeneration was detected rediographically in all cases. Through the cases, we came to realize that all the cases previously described are not the indications of extraction and this approach could make many cases with pulp and furca combined lesions survive and remain healthy in the children's dental arches. However, in order for this approach to acquire objective appropriateness. it is thought that more scrupulous evaluation is desirable on the various factors regarding the indication such as the extent of furcation, absorption status of teeth, amount of covering bone on succeeding teeth and so on.

The Effects of Alendronate on Healing of the Calvarial Defect in Rats

김재형,이재목,박진우,서조영,Kim, Jae-Hyung,Lee, Jae-Mok,Park, Jin-Woo,Suh, Jo-Young The Korean Academy of Periodontoloy 2004 Journal of Periodontal & Implant Science Vol.34 No.4

Bisphosphonates는 파골세포에 의한 골흡수를 방지하는 물질로 알려져 있으며 임상에서 널리 쓰이고 있다. 그 중 Alendronate는 Aminobisphosphonates의 한 종류로 non-aminobisphosphonates인 etidronate보다 100-1000배 더 강한 효과를 보이는 것으로 알려져 있다. 본 실험의 목적은 백서두개골 결손부의 골재생을 실험모델로 하여 alendronate의 국소투여 효과를 알아보는 것으로 액체의 흡수성과 골전도성이 우수한 것으로 알려진 collagen membrane을 사용하여 결손부 양측에 alendronate와 physiologic saline을 각각 적용하여 1주, 2주, 4주의 조직학적 치유양상, 파골세포활성도, 경도를 평가하였다. 조직학적 치유양상은 1주째 collagen membrane에 의한 염증성 침윤이 나타났으며 2주째부터 골성회복이 관찰되었고 4주째 완전한 골성회복을 보여 각주별 실험군, 대조군 공히 유사한 양상을 보였고 실험에 사용한 $200{\mu}g$의 용량은 조직학적으로 관찰할만한 골재생의 향상을 위해서는 부족한 용량으로 사료되는 바이다. TRAP(+) cell은 1주째 대조군에 비해 실험군에서 유의하게 적은 수를 보였으며(p<0.01) 2주와 4주째는 유의한 차이를 나타내지 않았고 경도측정에서는 2주째 대조군에 비해 실험군에서 유의하게 높은 경도를 보였으며 4주째 유의한 차이를 나타내지 않았다(p<0.05). 이상의 실험에서 alendronate는 골조직 치유과정의 초기에 파골세포의 활성도와 경도에 다소 영향을 미친 것으로 사료되며 향후 골조직 재생을 위한 임상적용에 응용을 위해서는 치유과정을 더욱 향상시킬 수 있는 추가적인 연구가 필요하리라 사료된다. The present study aimed to examine the effects of topical application of alendronate with a collagen membrane on the healing of the calvarial defect in rats, which has a good experimental design for the healing of tissue destruction, To study the effect of alendronate on bone healing, the collagen membrane containing $200{\mu}g$ alendronate was inserted in the defects of the right side and collagen membrane treated with physiologic saline was inserted in the defects of the left side. After 1, 2 and 4 weeks, observation of histologic feature after H&E staining, cell counting after TRAP staining, and hardness measurement(Knoop) were performed. In histologic finding, similar features were shown for both test and control groups each week. In cell counting only the 1 week test groups showed significant reduction of TRAP(+)cells than control groups(p<0.01) and the control groups showed statistically significant difference for 1, 2, 4weeks(p<0.05). In hardness measurement, The 2 week test groups showed significant higher hardness than control groups.(p<0,05) and not 4 weeks. There was significant increase of hardness for both groups as time goes by.(p<0.0l) Therefore local application of alendronate with collagen membrane was somewhat effective in reducing osteoclastic activity and increasing hardness in the early stage of healing. Further investigation concerning the actual effect of alendronate for bony healing will be necessary to apply the clinical cases

탈회골기질과 수산화인회석 이식에 의한 골재생에 관한 비교 연구

김진엽,김백윤,김선헌 대한해부학회 1998 Anatomy & Cell Biology Vol.31 No.1

Periodontal Regeneration Using the Mixture of Human Tooth-ash and Plaster of Paris in Dogs

구하라,장현선,김수관,박주철,김병옥,Gu, Ha-Ra,Jang, Hyun-Seon,Kim, Su-Wan,Park, Joo-Cheol,Kim, Byung-Ock The Korean Academy of Periodontoloy 2006 Journal of Periodontal & Implant Science Vol.36 No.1

흡수성 차페막을 이용한 조직 유도 재생술시 차폐막의 견고성으로 미루어 보아 재생을 위한 공간의 유지가 어려울 수 있다. 조직 유도 재생술과 함께 골이식술을 시행함으로써 공간 확보와 함께 적절한 혈병의 유지를 도모할 수 있고 이식된 골은 선생골 형성을 위한 핵으로 작용할 수도 있다. 최근에 사람의 치아회분말과 연석고를 혼합한 골이식재가 여러 연구를 통해 좋은 골이식재로 평가되었다. 본 연구에서는 성견 하악 소구치 2급 치근이개부위에 외과적으로 형성하여 흡수성 차폐막과 치아회분말-연석고 혼합 이식재를 이용한 조직유도재생 술을 시행하여 치주 조직 재생의 양상을 조직학적으로 관찰하고자 한다. 생후 12개월에서 16개윌 된 체중 15 Kg 내외의 성견 4마리를 이용하였다. 실험 재료로 생체흡수성 차폐막 (Biogide(R), Swiss) 를 사용하였고, 골이식재로 치아회분말-연석고를 혼합매식 하였다. 양측 상악 소구치 부위에 변연 치조골하방에 4 mm ${\times}$ 4 mm ${\times}$ 4 mm, (깊이 ${\times}$ 근원심 ${\times}$ 협설폭경) 깊이로 골내낭을 형성하였다. 형성된 골내낭의 기저부위 치근 표면에 1/4 round bur로 notch를 형성하여 참고점으로 하였다. 무작위로 선택된 한 쪽의 결손부를 대조군으로 오직 생체 흡수성 차폐막을 사용하였고, 실험군으로 치아회분말-연석고와 생체 흡수성 차폐막을 결손부로부터 2 mm 이상 덮을 수 있도록 다듬어 결손부 위에 위치시킨 후 협측 판막을 덮고 봉합하였다. 4주 후 2마리 ,8주 후 2마리를 희생시키고 통상의 방법으로 고정, 탈회, 포매의 과정을 거쳐 광학 현미경으로 검경하였다. 그 결과, 1. 4주 대조군에서 Bio-gide(R)는 완전한 흡수를 보였고, 치근이개부내에는 큰 공간이 존재하였다. 2. 4주 실험군에서 역시 Bio-gide(R)는 완전한 흡수를 보였고, 골 결손부내에 더 많은 신생골 관찰되었다. 그러나 아직까진 기존골과 신생골간에 명확한 차이가 있어서 쉽게 구분할 수 있었다. 또한 골이식재 주변으로 파골세포가 다수 관찰되며 이로 미루어 보아 활발한 골흡수가 일어남을 알 수 있었다. 3. 8주 대조군에서 결손부내에서는 기존골에 인접하여 신생골 형성이 부분적으로 일어났으나 연조직 침입이 관찰되었다. 4. 8주 실험군은 신생골이 기존골과 매우 유사한 형태로 관찰되었고, 신생골 형성 부위에 신생 혈관 증식이 관찰되었다. 또한 골내낭 기저부위에서는 백악질과, 치주인대가 재생됨이 관찰되었다. 이상의 결과에서 치아회분말-연석고 혼합매식은 골재생을 위한 골전도성이 있는 재료로 사료되며, 이를 이용히여 치주조직재생술시 흡수성 차폐막과 병행하여 사용한다면 더 많은 골재생이 있을 것으로 기대된다.

골재생을 위한 생체재료 활용 3차원 프린팅 기술

박석희(Suk-Hee Park) 대한정형외과학회 2023 대한정형외과학회지 Vol.58 No.4

The effect of Ca-P coated bovine bone mineral on bone regeneration around dental implant in dogs

조수연,전혜란,이선경,이승호,이준영,한근아,Cho, Su-Yeon,Jeon, Hye-Ran,Lee, Sun-Kyoung,Lee, Seoung-Ho,Lee, Jun-Young,Han, Geum-A The Korean Academy of Periodontoloy 2006 Journal of Periodontal & Implant Science Vol.36 No.4

목적 : 최근 발치 후 즉시 임플란트 식립은 널리 사용되는 수술 방식이다. 이 연구의 목적은 임플란트 주위 골결손시 Ca-P으로 표면 처리된 이종골을 사용하여 골재생을 평가하기 위함이다. 재료와 방법 : 두 마리의 개 모델에서 하악 소구치와 제일 대구치를 발치하였다. 발치 6주 후 trephine bur를 이용하여 7.5 mm 지름과 5 mm 깊이를 가진 결손부를 형성하였다. 이 후 이 결손부의 중앙에 3.5 mm 지름과 15mm 길이의 fixture(GS II)를 식립하였다. 결과적으로 임플란트와 주변을 둘러싸고 있는 골 사이에는 2.0 mm정도의 gap이 만들어진다. 준비된 결손부 내로 자기골 또는 $Biocera^{(R)}$를 채웠다. 각각 4주, 8주 후 조직 절편을 제작하였다. 조직학적 평가를 위해 Block biopsy를 시행하였다. 결과 : 두 집단 모두 임상적으로 골이 완전히 채워졌다. 자가골이 이식된 부위(control)의 평균 골-임플란트 접촉(BIC)은 각각 4주째 $28.2{\pm}19%$였고, 8주째 $44.9{\pm}9%$였다. $Biocera^{(R)}$가 이식된 부위(test)의 평균 BIC는 각각 4주째 $34.6{\pm}27%$였고, 8주째 $27.6{\pm}23%$였다. 자가골이 이식된 부위(control)의 평균 골밀도는 각각 4주째 $32.7{\pm}25%$, 8주째 $37.4{\pm}17%$였다. 골-임플란트 접촉(BIC)과 골밀도의 평균 비율(%)은 비슷하였다. 조직학적으로 자가골과 이종골 이식 부위 모두 주변골과 잘 조화를 이루었고 유사한 치유 양상이 관찰되었다. 자가골과 이종골 이식 부위간 유의한 차이는 없었다.(P>0.05) 결론 : 임플란트 주위 2 mm의 골 결손부위에 자가골 또는 이종골로 채운 경우 유사한 결과를 얻었다. 이 결과 임플란트 fixture 주위의 골 결손부 해소를 위해 자가골을 대체할 수 있는 재료로 $Biocera^{(R)}$를 사용할 수 있음을 보여준다.

지방줄기세포를 이용한 골재생

임군일,이재선 대한골대사학회 2011 대한골대사학회지 Vol.18 No.1

Reconstruction of large bone defect poses a great challenge to an orthopedic surgeon. Recent advancement in stem cell research ushered the treatment of bone defect with tissue-engineered bone into near-possibility. While adipose stem cells (ASCs) are the most available cell sources for tissue regeneration, their low osteogenic potential is a disadvantage. Several strategies have been developed to enhance the osteogenic differentiation of ASCs. In this review,we summarized literatures and our experience on the technology to promote osteogenesis from ASCs. [Korean Journal of Bone Metabolism, 18(1): 1-8, 2011] 광범위한 골결손은 현재의 기술로도 적절히 치료하기 힘들다. 최근 줄기세포를 이용한 치료기술의 발달에 의하여 앞으로는 조직공학적 기법에 의하여 골결손을 치유하는 것이 가능할 것으로 사료된다. 세포원으로 지방줄기세포는 가장 얻기쉬운 성체줄기세포이지만 골형성능이 낮은 것이 단점이다. 이를 극복하기 위하여 여러 방법들이 개발되고 있는데 본고에서는 지방줄기세포에서의 골형성 촉진방법에 대하여 문헌고찰과 함께 저자들의 경험을 소개하고자 한다.

순환석회화전처리에 의해 인산칼슘을 코팅한 Mg mesh의 골재생능 평가

박정은,김서영,지정희,장용석,전우용,이민호,배태성 대한치과재료학회 2021 대한치과재료학회지 Vol.48 No.4

Surface treatment was conducted to reduce dissolution of Mg mesh and to improve bioactivity in physiological environment. Mg mesh was immersed in 40 wt% hydrofluoric (HF) solution for 2 hours to form a protective coating layer. Then, hydrothermal treatment was performed in a mixed solution of Ca(NO3)2·4H2O and Na2HPO4 at 90 ℃ for 30 minutes, and cyclic precalcification treatment was conducted by soaking in each 0.06 M NH4H2PO4 solution and 0.011 M Ca(OH)2 solution in turn at 90 ℃. Immersion test was performed in simulated body fluid (SBF) to investigate solubility and bioactivity. Release characteristics were investigated after loading ibandronate to suppress initial bone resorption. Bone regeneration ability was evaluated through micro-CT analysis and conforming inflammatory cytokines levels in blood. Fine granular calcium phosphate-based materials were precipitated as clusters on the surface treated in cyclic precalcification. Agglomerated calcium phosphate precipitates on the surface were observed after SBF immersion. pH in SBF during immersion increased slowly in hydrothermal treatment and cyclic precalcification groups compared to pure Mg group. Release of ibandronate occurred over 6 days in cyclic precalcification treatment group (CP-H1). IL-1β and IL-6 were significantly lower than those of untreated group in all test groups except for the group (CP-H4) that was heat-treated at 400 ℃ after pretreatment with circulating calcification. As a result of micro-CT analysis, the new bone volume and density were significantly higher in the CP-H1 group. It was concluded that cyclic precalcification treatment after formation of fluorine protective layer on Mg mesh could retard the dissolution and enhanced bone regeneration ability. 본 연구는 생체환경에서 Mg 메쉬의 용해 억제 및 생체활성도 개선을 위해 시행되었다. 생체환경에서 Mg 메쉬의 용해를 억제하기 위해 40 wt% HF 수용액에 2시간 동안 침지하여 보호 코팅층을 형성하였다. 이후 Mg 메쉬에 생체활성을 부여하기 위해 90 ℃ Ca(NO3)2·4H2O와 Na2HPO4 혼합 수용액에 30분 동안 침지하는 수열처리 및 90 ℃에서 유지되는0.06 M NH4H2PO4 수용액과 0.011 M Ca(OH)2 수용액에서 20회 순환 석회화전처리를 한 다음 100 ℃와 400 ℃에서 열처리를 하였다. 이후 표면층 원소의 동정을 파악하기 위해 X-선 회절분석을 시행하였고, 또한 생체환경에서 용해도 및 생체활성도를 조사하기 위해 SBF 침지시험을 실시하였다. 또한 임플란트 식립부에서 일어나는 초기의 골흡수를 억제하기 위해 이반드로네이트를 탑재한 다음 방출 특성을 조사하였다. 또한 Mg 메쉬의 매식이 생체에 미치는 영향 및 골재생능에 미치는 영향을 평가하기 위해 시험쥐의 두부에 결손부를 형성하고 Mg 메쉬를 4주 동안 매식한 다음 혈중의 염증성 사이토카인의 변화 및 신생골의 부피와 밀도를 조사하였다. 이상의 시험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 수열처리한 표면에서는 침상의 인산칼슘이 석출되었지만 순환 석회화전처리한 표면에는 미세한 과립상의 인산칼슘이 클러스터 상으로 석출이 되었으며, SBF 침지 후 HA 석출의 초기단계에서 관찰되는 돌기상이 석출되어 생체활성도가 개선된 결과를 보였다. 2. 37 ℃ SBF 10 mL에 7일 동안 침지했을 때의 pH 변화는 수열처리와 순환 석회화전처리 후 순수 Mg에 비해 크게 감소되었다. 3. 이반드로네이트의 탑재 처리 시, 순환 석회화전처리 후 100 ℃에서 열처리한 그룹(CP-H1)에서 6일 동안에 걸친 방출을 보였다. 4. 혈중 IL-1β와 IL-6는 순환 석회화전처리 후 400 ℃에서 열처리한 그룹(CP-H4)를 제외하고는 모든 시험 그룹에서 무처리 대조 그룹에 비해 유의하게 낮게 나타났다(P<0.05). 5. micro-CT 분석 결과, 신생골의 부피와 밀도는 순환 석회화전처리 후 100 ℃에서 열처리한 그룹(CP-H1)에서 통계학적 으로 유의하게 높게 나타났다. 이상의 결과로 미루어볼 때, 생체환경에서 Mg 메쉬의 용해 억제 및 생체활성도의 개선을 위해서 불소 보호피막층을 형성하고 순환 석회화전처리를 하여 인산칼슘을 석출하는 것은 골재생 유도의 유용한 수단이 될 수 있을 것으로 생각된다.

두개결손부 모델에서 배양된 골막유래세포를 이용한 골이식 시 두개결손부 모델에서 배양된 골막유래세포를 이용한 골이식 시

심경미,김세은,김종춘,배춘식,최석화,강성수 한국방사선학회 2011 한국방사선학회 논문지 Vol.5 No.1

다능성 세포를 포함하는 골막은 골모세포와 연골세포로 분화될 수 있다. 그리고 배양된 골막유래세포는 골형성 능 력을 가지고 있다. 이 연구의 목적은 골막유래 세포들과 골이식재 간의 상호작용을 평가하는 것이다. Sprague-Dawley 랫드의 두개골 골막에서 세포를 분리한 다음, 배양된 골막유래세포를 beta-tricalcium phosphate (β-TCP)와 함께 임계결손부 크기의 두개결손부에 이식하였다. 모든 랫드는 골이식 수술 후 8주째에 희생되었으며, 골이식부의 골형성 능력은 일반방사선, micro CT 및 조직검사를 통해 평가되었다. β-TCP와 함께 이식된 골막유래세 포는 골결손부에서 더욱 증가된 석회화작용을 나타내었으며, 골결손부 안쪽 및 가장자리에 골밀도 증가와 신생골이 형 성되었다. 특히 골막유래세포는 β-TCP만 단독으로 이식하였을때보다 함께 이식 시 효과적으로 신생골을 형성하였다. 이러한 결과는 배양된 골막유래세포가 골결손부에서 골형성을 증진시킬 수 있는 가능성을 보였다. The periosteum contains multipotent cells that can differentiate into osteoblasts and chondrocytes. Cultured periosteum-derived cells (PDCs) have an osteogenic capacity. The purpose of this study was to evaluate the interaction of PDCs with bone graft biomaterial. After cell isolation from the calvarial periosteum of Sprague-Dawley rats, cultured PDCs were placed in critical-sized calvarial defects with beta-tricalcium phosphate (β-TCP). All rats were sacrificed 8 weeks after bone graft surgery, and the bone regenerative ability of bone grafting sides was evaluated by plain radiography, micro-computed tomography (CT), and histological examination. PDCs grafted with β-TCP displayed enhanced calcification in the defect site, density of regenerated bone and new bone formation within the defect and its boundaries. Furthermore, these PDCs more efficiently regenerated new bone as compared to grafted β-TCP only. The results suggest that cultured PDCs have the potential to promote osteogenesis in bone defects.