[임상특강] clinical bone biology in digital implant dentistry ④
Bone Structure and histology
3. Bone Structure and histology
인간 및 다른 포유동물의 뼈는 일반적으로 두가지 유형으로 분류된다. 1) 피질골(Cortical bone) 2) 골수, 해면질(Marrow bone). 이 두 가지 유형은 다공성 및 단위 미세 구조의 기초로 구분되며 피질의 뼈는 다공성은 5 % 내지 10% 범위이다.
피질골은 긴 뼈의 축에서 발견되고 해면상 주위에 외피를 형성한다. 피질골의 기본적인 단위 구조는 osteons이고 골수 해면골의 기본적인 단위는 trabeculae이다. 피질골(cortical bone)대 해면골(골수, marrow) 구조로 이루어져 있다.
뼈를 만들거나 재생한다는 의미는 피질골과 해면골을 생성해 내거나 재생해내는 역할을 하는 것이 골이식의 기본 원리인 것이다. 이에 피질골과 해면골의 기본구조에 따른 임플란트 식립의 drilling방법이나 임플란트 초기 고정력을 높일수 있는 방법을 밀도에 따른 수술방법을 고려할 수 있다<Figure 3-1>.
피질골과 해면골은 나이가 들어감에 따라 구조의 변화가 일어나게 되고 특히 해면골내의 미분화세포나 골모세포수가 줄어들게 되고 유기물의 90%를 차지하고 있는 골내의 collagen의 함량이 감소하게 됨으로 인해 해면골의 골수 기능이 줄어들게 되면서 골의 노화가 진행되게 된다<Figure 3-2, Figure 3-3>.
이러한 골의 노화로 인하여 발생하는 현상을 해면골의 모습으로 판단가능하며 골다공증의 진단에도 이용하고 있다. 골다공증의 진단이 아직까지도 방사선 흑화도에 따른 radiolucency 양상으로 진단하기에 골다공증 치료제로 투여하는 방향 자체가 파골세포의 활성을 줄이거나 radiopaque양상 만을 높이는 약제의 개발로 이어지게 됐고 이러한 골경화 양상을 촉진하게 되는 약물의 부작용들이 나타나게 되었다.
1) cell: Osteoblast, Osteoclast, Osteocyte, Osteon
2) Cytokines:
(1) Recombinant human BMP-2
Bone morphogenetic proteins (BMPs)는 morphogens이고 이소골 형성(골이 정상적으로 존재하는 곳이 아닌 상피하부나 근육근막에 골이 형성)을 유도하는 그들의 능력에 기인한 골 기질로부터 떨어져서 기원하는 분화 요소이다. 간엽 기원의 세포의 분화를 골 형성세포로 분화하게 하는 것이 BMPs의 기능이다.
Demineralized freeze-dried bone allografts (DFDBAs)는 BMPs를 포함한 것으로 보인다. 그러나, BMP의 농도는 동종 이식편에 존재하는 IGF-2, TGF-β같은 다른 성장인자들의 농도에 비교해 매우 낮다. 그리고 치주와 두개 악안면 시술에 이용되는 DFDBA에 포함된 BMP의 양은 적절하지 못하다.
type 1 bovine collagen sponge와 조합된 recombinant human BMP-2 (rhBMPs-2)는 척수융합, 경골 골절 치료, 골격적으로 성숙한 성인들 대상으로 발치와이식, 상악동 거상술 및 증강술의 자가골 이식의 대체물로써의 사용이 미국에서 FDA승인되었다.
임상전 결과들이 rhBMP-2가 인간 치주 손실부의 치료에 사용되는 것에 대한 적절성을 지지하지는 않는다. 연구들은 rhBMP-2가 외상과 선천적 결손에서 큰 결손부에 가장 큰 적응증을 가질 것이라고 지적했다. rhBMP-2와 scaffold의 사용 여부가 골이식의 중요한 성패를 이루는 요소로 알려지고 있다<Figure3-6>.
3) Scaffolds: Type I collagen, LT collagen scaffold
scaffold는 조직 재생 과정에서 많은 역할들을 할 것이다. scaffold는, 주변조직들로부터 결점으로의 세포 이주를 지지하기 위한 framework를 제공할 수 있다. 이는 fibrin clot이 결여되었을 때 특별히 중요하다.
scaffold는 흡수되기 전에, mitosis, synthesis, 그리고 이주를 포함하여, 내인성의 또는 외인성의 세포 결합을 위한 matrix를 제공할 수 있으며 특정 세포 과정을 조절하고 촉진할 수 있다. 이는 생체재료에서 세포 수용체들(integrins)을 위한 ligands에 의해 중재되어진다.
그리고 그 생체재료는 선택적으로 세포 결합 단백질들을 흡수할 것이다. scaffold는 외인성 세포들, growth factors, 그리고 genes를 위한 전달 수단으로써 제공될 것이다. 이 활동은 agents의 농도의 가능한 조절 (ie, agents-per-unit volume)과 부착을 위한 넓은 표면 영역에 의해 가능해진다.
이 scaffold는 주변조직의 왜곡을 방지하고 결점의 모양을 유지하기 위하여 구조적으로 defect를 보강할 것이다. scaffold는 재생의 과정을 방해할 주변조직의 침투를 예방하기 위한 방어막으로써 제공될 수 있다. 이러한 scaffold의 역할을 오랜기간 유지해야 세포의 이주, 성장인자의 분비에 따른 미분화세포의 분화역할을 수행할 수 있다.
scaffold가 유지해야 할 시간은 3주로 알려지고 있으며 이 3주 기간은 골치유기간 중 primary callus가 형성되는 시기로 초기 골화의 아주 중요한 역할을 할수 있는 기간을 일컫는 내용이다. 저자가 개발한 LT collagen scaffold인 osscore collagen, osscore T, allogenic bone의 삼층 이식방법을 개발하여 소개한바 있다<Figure 3-7>.