하중지지 분절골 결손부에서 45S5 용융 침투 지르코니아 스캐폴드의 골재생능 평가 = Bone regeneration potential of 45S5 Glass-infiltrated zirconia scaffolds in rat Load-bearing segmental defects

국문 초록 (Abstract)

목적 : 본 연구의 목적은 하중지지 부위의 임계 크기 골결손(critical-sized defect, CSD)에서 기계적 안정성과 생체활성을 동시에 확보할 수 있는 지르코니아 기반 스캐폴드를 개발하고, 그 골재생 효과와 구조적 형태에 따른 치유 양상의 차이를 규명하는 것이다. 또한 치유 과정에서 스캐폴드 단독으로 결손부 내 골고정이 가능하며, 재생골의 형태 형성을 유도할 수 있는지 평가하고자 하였다. 재료 및 방법 : 8주령 수컷 Sprague–Dawley 랫드(250–300 g, n=20)를 대상으로 대퇴골 간부에 직경 5 mm의 임계 크기 결손을 형성하였다. 모든 동물은 전남대학교 동물실험윤리위원회 승인(CNU IACUC-YB-2025-39) 후 표준 사육 조건에서 관리되었다. 실험군은 금속판과 나사만으로 고정한 대조군(E), 45S5 Bioglass로 침지시킨 폐쇄형(ZC) 및 개방형(ZO) 지르코니아 스캐폴드군, 그리고 개방형 스캐폴드에 흡수성 막을 부착한 군(ZOM)으로 구성하였다(n=5). 스캐폴드는 CAD로 설계 후 DLP 3D 프린터(TD6, 3DCONTROLS, Korea)로 제작하고, 45S5 Bioglass 현탁액을 도포한 뒤 최종 소결하였다. 수술 후 1, 2, 6, 8주차에 X-ray(Anteroposterior, lateral) 촬영을 통해 고정 안정성과 골형성을 평가하였으며, 8주 후 적출된 조직은 레진 포매하여 Hematoxylin and Eosin (H&E) staining 및 Goldner’s Trichrome(GT) 염색을 시행하였다. H&E에서는 염증세포 침윤, 혈관화, 섬유화, 조골세포, 파골세포 분포를 관찰하였고, GT 염색 시편에서는 신생골 형성률(New bone area%, New/Old%)과 골– 스캐폴드 접촉률(Bone–scaffold contact ratio, BSC%)을 ImageJ software (NIH, USA)로 정량 분석하여 95% 유의 수준에서 통계 분석하였다. 결과 : SEM/EDS 분석에서 45S5 Bioglass 입자가 지르코니아 기질 내에 균일하게 분포하였으며, 코팅층의 미세 결함은 관찰되지 않았다. 방사선 평가에서 모든 군 은 8주차까지 고정 안정성을 유지하였으며, 대조군(E)에서는 골형성이 없었으나 ZC·ZO·ZOM군 일부에서 결손부 내 신생골이 관찰되었다. H&E 염색 결과, 대조군은 지방 및 섬유조직 침윤만 보여 불완전한 치유 양상을 나타냈고, ZC와 ZO군에 서는 불규칙한 신생골이 형성되었다. 반면 ZOM군에서는 결손 중심부에서 신생골이 형성되어 주변부로 확산되는 양상이 관찰되었으며, 연속적인 골소주 구조와 활발한 조골세포 활동이 확인되어 가장 진전된 골재형성 단계를 보였다. GT 염색 표본에서 ZOM군의 신생골 형성률은 기존골 대비 27.52%로 가장 높았고, 대조군과 유의한 차이를 보였다(p < 0.05). 골–스캐폴드 접촉률은 ZC군에서 가장 높았으 며 이는 구조적 안정성에 따른 골유착 효과를 반영하는 것으로 해석된다. 결론 : 45S5 Bioglass로 용융 침투된 지르코니아 스캐폴드는 8주간 우수한 기계적 안정성과 골재생 능력을 동시에 제공하였다. 막이 부착된 개방형 스캐폴드(ZOM) 는 외부 연조직의 침윤을 억제하면서 내부 혈관화를 유지하여 가장 활발한 골기질 형성과 높은 신생골 형성률을 보였으며, 폐쇄형 스캐폴드(ZC)는 혈관 침투는 제한적이었으나 높은 구조적 안정성으로 스캐폴드 표면을 따라 국소적 골생성이 확인되었다. 이러한 결과는 스캐폴드 구조적 설계와 표면 특성이 골재생 결과에 중요한 영향을 미침을 보여주며, 하중 지지 분절골 재건에 있어 글라스 용융 침투 지르코니아 스캐폴드가 적용될 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문 초록 1
• I. 서론 4
• II. 재료 및 방법 8
• 1. 연구 재료 8
• 가. 지르코니아 분말 및 현탁액 8
• 나. 45S5 Bioglass 분말 제작 9
• 다. 스캐폴드 설계 및 제작 10
• 라. 45S5 Bioglass infiltration 12
• 2. 연구 방법 13
• 가. 실험 동물 및 군 배정 13
• 나. 스캐폴드 특성 평가 14
• 다. 수술 방법 16
• 라. 고정 안정성 평가 19
• 마. 골형성 평가 20
• 바. 통계 분석 25
• III. 결과 26
• 1. 스캐폴드 특성 평가 26
• 2. 고정 안정성 평가 31
• 가. 육안 관찰 결과 31
• 나. 방사선 촬영 결과 31
• 3. 골형성 평가 34
• 가. 방사선학적 평가 결과 34
• 나. H&E 염색 결과 36
• 다. H&E 염색 기반 조직학적 평가지표 분석 39
• 라. Goldner’s trichrome 염색 기반 신생골 형성 분석 43
• 마. Goldner’s trichrome 염색 기반 골-스캐폴드 접촉률 분석 47
• IV. 고찰 50
• V. 결론 57
• 참고문헌 58
• Abstract(영문초록) 64