웅성 백서 비골의 임계크기 분절성 골 결손에서 ErhBMP-2와 absorbable collagen sponge를 이용한 골 재생

Abstract

[한글]외상, 기형, 종양의 절제등에 기인한 악안면부 골결손 수복에 있어, 자가골 이식의 한계를 극복하고자 골 유도 인자인 ErhBMP-2를 이용한 골재생의 연구가 활발히 진행중이다. 본 연구는, E-coli system에서 새롭게 개발된 rhBMP-2를 absorbable collagen sponge(ACS) carrier를 이용해 웅성 백서 비골의 임계크기(6mm) 분절성 골 결손부에 이식한 후 골 재생을 평가하였다. 실험은 8주령의 SD rat 14마리를 대상으로 하였으며, 비골에 약 6mm 의 임계크기 분절성 골 결손을 형성한 후 absorbable collagen sponge만 이식한 군(대조군)과 rhBMP-2를 absorbable collagen sponge에 dipping하여 이식한 군(실험군)으로 나누었다. 모든 SD rat은 2주와 8주 경과 후 각각 희생하였으며, 육안적, 방사선학적(Standard dental X-ray, Micro-CT imaging), 조직형태학적 검사로 골 재생을 관찰하였다. 2주 대조군에서는 분절성 골결손부에 골 재생이 일어나지 않은 비유합 상태가 관찰되었고, 실험군에서는 골 재생으로 완전 유합이 이뤄졌지만, 육안적 소견상 불규칙한 피질골과 과도한 골 형성이 관찰되었다. 방사선학적으로, 대조군에서는 골 재생이 일어나지 않아 비유합이 관찰되었고, 실험군에서는 육안적 관찰과 일치하는 소견을 보이며, 골 재생으로 완전 유합되었지만, 재생된 골의 양이 과도하고, 인접한 정상 비골에 비해 골질이 낮은 상태임이 관찰되었다. 골 밀도에 있어, 실험군에서는 피질골층의 불연속성과 기존의 비골에 비해 낮은 골 밀도를 보이며, 인접한 정상 경골의 절반정도의 골 밀도를 보였다. 조직학적으로 재생된 골의 양이 적고, 남아있던 근위부 정상 비골과의 경계가 남아있음을 확인할 수 있었다. 남아있던 정상 비골의 판상골(lamella bone)과는 달리 콜라겐(collagenous tissue)과 다수의 혈관 그리고 미성숙골(woven bone)의 형성이 관찰되었다. 8주 대조군에서도 분절성 골 결손부 골 재생이 일어나지 않은 비유합 상태가 관찰되었고, 실험군에서는 골재생으로 완전 유합뿐만아니라, 재생된 비골과 남아있던 근위부 정상 비골과의 경계를 확인할 수 없을 정도의 규칙적이고 평활한 골 형성이 관찰되는 육안적 소견을 보였다. 방사선학적으로, 대조군에서는 골 재생이 일어나지 않아 비유합이 관찰되었고, 실험군에서는 완전 유합과 함께 기존의 인접 정상 비골과 유사한 양상의 골 양 및 골 질이 관찰되었다. 골 밀도에 있어, 실험군에서는 피질골층의 연속성과 기존의 인접 정상 비골과 유사한 골 밀도를 확인할 수 있었다. 조직학적으로 새롭게 형성된 골 양이 2주 실험군보다 많이 관찰되었고, 2주군에서 보였던 미성숙골이 판상골로 변화된 것이 관찰되었다. 또한 기존에 남아있던 비골과의 경계부를 뚜렷이 확인할 수 없었으며, 2주 실험군에서 골수강 부위에 형성되었던 woven bone이 골수로 대체되는 것이 관찰되었다. 8주 실험군에서 2주 실험군보다 골 개조 과정을 거친 성숙된 층판골 형성이 관찰되었지만, 2주, 8주 실험군 모든 개체에서 명확한 골 재생을 확인하였다. E-coli system을 이용하여 새롭게 개발된 ErhBMP-2는 기존의 rhBMP-2보다 적은 농도와 용량으로 완벽한 골 재생을 할 수 있다는 점과, 다량 생산이 가능하며, 경제적으로 BMP 생산 비용을 낮출 수 있다는 장점이 있다. E-coli system을 이용하여 새롭게 개발된 ErhBMP-2와 absorbable collagen sponge의 이식은 분절성 골 결손부 수복에 유용하고, 자가골 이식을 대신할만한 적절한 방법중의 하나로 사료된다

[영문]Presently, there are many studies on bone formation by using rhBMP-2

in order to overcome the limitations of autogenous bone graft for

reconstruction of maxillofacial bone defects. In this study, we examined the osteoinductive property of the newly pioneered ErhBMP-2 from E-coli system on the critical sized segmental bone defect of SD rat fibula by using absorbable collagenous sponge carrier.

Segmented bone defect with critical sized of 6mm was formed on each fibula of 14 rats and they were divided into two groups. Experimental group was grafted with absorbable collagen sponge dipped with ErhBMP-2 and the control group was grafted with absorbable collagen sponge only. All SD rats were sacrificed after 2 weeks and 8 weeks. Bone formation was observed

grossly, radiographically(by using standard dental X-ray and Micro-CT imaging) and histologically. In the 2 weeks control group, there was no bone formation in the segmented bone defect which resulted in nonunion. In the experimental group, there was irregular and excessive cortical bone formation which resulted in union. Radiographically, there was no noticable bone formation in

the control group, while there was irregular and excessive cortical bone formation which resulted in complete union. Bone density on the experimental group was lower than that of half the density of the adjacent tibia with discontinuity on cortical layer. Histologically, there was bony gap between the new bone and the adjacent fibula. Also, collagenous tissue, numerous blood vessels and woven bone formation was observed.

In the 8 weeks control group, there was no bone formation in the

segmented bone defect which resulted in nonunion. In the experimental group, there was regular bone formation which resulted in union.

Radiographically, there was no noticable bone formation in the control group, while there was regular bone formation which was identical with the adjacent bone. Bone density on the experimental group was identical with adjacent tibia. Histologically, there was more newly formed bone in the 8 weeks group than 2 weeks group and lamella bone formation was observed in the 8 weeks experimental group. Also, there was no noticable bony gap between the adjacent fibula and the woven bone that was observed at 2 weeks was replaced with bone marrow.

There was definite bone formation in the 2 weeks and 8 weeks

experimental group, and there was mature lamella bone formation in the 8 weeks group compared to 2 weeks group. ErhBMP-2 from E-Coli system has advantage of better bone formation with less concentration compared to that of previous rhBMP-2. Also, it makes the cost of production decrease economically.

EhrBMP-2 with absorbable collagen sponge could be considered as a new method that can substitute autogenous bone graft in the segmented bone defect.