김영균 교수의 지상강좌

자가치아골이식재의 개발 및 구성성분

자가골 이식을 대체할 목적으로 개발된 치과용 골이식재는구강악안면경조직결손부 수복을 위해 오래 전부터 사용되어 왔다. 초기에는 수산화인회석(hydroxyapatite) 계열의 합성골이 총의치 유지를 위한 치조능증대술, 낭종적출 후 결손부 수복 등의 목적으로 많이 사용되었다. 또한 bioglass, β-tricalcium phosphate(TCP), hard tissue replacement material(HTR), calcium sulfate 등과 같은 다양한 합성골이 개발되어 출시되었다. 그러나 합성골은 골전도 기능만 있으며 골개조 측면에서는 많은 단점이 있다. 한편골전도 능력을 개선시킨 BioOss와 같은 이종골이 출시되었으며 수십년간 임상에서 좋은 결과를 보이고 있다. 필자 등은 폐기처리되는 치아들을 고온처리하여 면역거부반응을 억제시킨 후 분말로 처리한 치아회분말을 개발하여 임상적 활용 가능성을 제시하였으나 법적인 문제로 인해 실용화되지 못하였다. 한편 1960년대 Urist가 골형성유도단백질을 발견한 이래 치아 및 골조직에서 골형성유도단백질 및 다양한 성장인자를 추출하여 골형성을 촉진시키기 위한 연구가 활발히 이루어졌다. 이를 기반으로 골유도 기능이 우수한 동종골 이식재가 개발되어 자가골 이식의 대체용으로 사용되고 있으며 최근엔 대량 생산이 가능한 rhBMP-2가 실용화되어 임상에 적용되고 있다.

국내에서는 저자를 비롯한 연구진에 의해 자가치아골이식재, 가족치아골이식재 분말 및 블록이 개발되어 좋은 임상결과를 보이고 있으며 자가골이식을 대체할 수 있는 임상 및 학술적 근거가 확보되고 있다. 향후엔 줄기세포, 골성장요소 등의 운반체 역학을 수행할 수 있는 조직공학적 생체재료 개발 및 임상 실용화가 가능할 것으로 예상된다. 사람에서 발치한 치아들은 환경 폐기물로 분류되어 적출물 처리업자를 통해 폐기처분되어야 한다. 따라서 법적인 문제로 인해 동종치아골이식재를 임상에 사용할 수 있는 방법은 아직 없다. 그러나 자가치아의 경우엔 환자가 자신의 치아를 재처리하여 사용한다고 동의한다면 법적인 문제에서 벗어날 수 있다. 치아는 악골과 궁합이 맞는 조직이며 감염성 병소에 이환되지 않았다면 잔존 치근이 치조골 내에 남아있더라도 특별한 문제를 유발하지 않는다. 과거에 치조골 보존 목적으로 치근을 의도적으로 잔존시키는 술식들이 소개된 바 있다. 또한 하악매복지치의 경우 치근이 하치조관에 매우 근접해 있거나 치근 비후 혹은 유착으로 인해 발치가 매우 어려울 수 있다. 무리하게 발치를 시도할 경우엔 신경 손상의 위험성이 증가한다. 따라서 의도적으로 치관-치근 경계부에서 절단한 후 치관 부분만을 제거하고 치근을 남겨두는 의도적치관절제술(intentional partial odontectomy)이 소개된 바 있으며 장기적인 안전성이 입증된 바 있다.

자가치아를 골이식재로 처리하는 첨단 공법은 환자에서 발치한 치아를 채취하는 단계부터 다양한 이식재를 제조하여 치조골에 임프란트를 식립하는 단계, 치관과 치근을 분리하여 처리하는 방법, 블록형 이식재 제조 등을 포함하는 모든 치료방법이 특허로 등록된 상태이다(Fig. 1-5). 자가치아골이식재는 치아 자체의 무기질 및 유기질 성분이 잘 보존되어 있기 때문에 골유도 및 골전도에 의한 우수한 골치유가 이루어질 수 있다. 분당서울대학교병원 및 서울 인치과의원은 2008년 10월부터 임상에 적용하기 시작하였으며, 임상 적용을 통해 자가치아를 이용한 골이식재는 유전적, 전염적 위험이 전혀 없으며, 자가치아 골이식재의 강도 또한 타 이식재료들에 비해 뛰어나고 초기 골개조가 우수하면서 골유도 및 골전도 기능에 의한 골재생이 잘 이루어지는 것을 확인하였다.

자가치아 골이식재는 무기질과 유기질을 모두 함유하고 있으며 무기질의 주성분은 4가지 단계의 calcium phosphate로 구성되어 있다. 무기질 분석 결과 인체 골조직과 유사한 hydroxyapatite(HA), tricalcium phosphate(TCP), amorphous calcium phosphate(ACP), octacalcium phosphate(OCP)가 고루 분포되어 활발한 광질 대사(mineral metabolism)가 이루어질 것으로 예상된다. 치관 부위는 법랑질이 포함되어 있기 때문에 높은 Ca/P ratio를 보이는 고결정성 calcium phosphate이고 치근 부분은 낮은 Ca/P ratio를 보이는 저결정성 calcium phosphate로 구성되어 있다. 따라서 각각의 부분은 이식 후 상이한 흡수 및 골개조 양상을 보일 것이다. 최근 필자 등은 시판되고 있는 다양한 골이식재들의 무기성분을 분석한 연구논문을 발표하였다. 자가치아골이식재는 자가 피질골과 물리화학적 특성이 가장 유사한 저결정성 calcium phosphate임이 확인되었다(Fig. 6). 상아질에 존재하는 유기성분의 약 90%는 교원섬유이며 광질화에 중요한 역할을 담당한다. 교원질은 주로 type I으로 구성되어 있고 그 외의 유기성분은 non-collagenous proteins, carbohydrate, lipid, citrate, lactate, bone growth factor 등으로 구성되어 있다.

필자는 임프란트식립과 동시에 자가치아 골이식재를 이용한 골유도재생술을 시행하고 3-6개월 후에 조직검사를 시행하였다.

이식재가 서서히 흡수되면서 신생골로 대체되고 신생골은 잔존 골이식재와 직접적인 유합을 이루고 있었다. 골전도 및 골유도에 의한 치유과정이 전 시편들에서 관찰되었고 층판골이 풍부하게 관찰됨으로써 골치유가 신속히 이루어지는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 7).

이상의 연구결과들을 살펴볼 때 자가치아 골이식재는 골유도 및 골전도 기능에 의해 치유되는 이식재로 분류될 수 있으며 자가골 이식재의 일부로 생각할 수도 있다고 본다.

참고문헌
1. Kim YK, Kim SG, Byeon JH, Lee HJ, Um IU, Lim SC, Kim SY. Development of a novel bone grafting material using autogenous teeth. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2010;109(4):496-503.
2. Kim YK, Kim SG, Oh JS, Jin SC, Son JS, Kim SY, Lim SY. Analysis of the inorganic component of autogenous tooth bone graft material. J Nanosci Nanotechnol. 2011;11(8):7442-7445.
3. Kim YK, Kim SG, Yun PY et al. Autogenous teeth used for bone grafting: A comparison to traditional grafting materials. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 2013, in press.

김영균  
·분당서울대학교병원 구강악안면외과 과장·부교수