Immediate versus delayed application of bone morphogenetic protein-2 solution in damaged extraction sockets: A preclinical in vivo investigation

Abstract

발치 후 발생하는 대부분의 골 흡수는 주로 염증반응과 파골세포의 활성이 활발한 치유 초기에 일어난다. 치조제 보존술은 발치 후 일어나는 생리적 골 흡수를 줄일 수 있다고 알려져 있지만, 대부분의 연구들은 임상에서 주로 마주하는 치주질환 등으로 인해 파괴된 발치와가 아닌 건전한 발치와에서 진행되었다. 파괴된 발치와에는 건전한 발치와에 비해 골 형성능이 낮다는 것을 고려하였을 때, 성장인자인 제 2 형 골형성 단백질을 적용할 경우 골 재생을 촉진시켜 신생골 형성을 증진시킬 가능성이 제기되었다. 실제로 여러 선행 동물 실험에서는, 발치와에 성장인자를 사용하였을 때 골 형성능이 증가하고 치조제의 부피 위축이 최소화 된다고 보고되었다. 하지만 제 2 형 골형성 단백질의 경우, 술 후 심한 염증과 붓기가 동반되어, 이로 인한 환자의 불편감이 초래된다는 점이 단점으로 지적되어 왔다. 치조제 보존술 후 초기 치유 단계에서는 과립 조직과 염증 세포들에 의한 염증 반응이 나타나는데, 이 염증 반응이 제 2 형 골형성 단백질로 인해 더욱 증폭 될 수 있다고 보고되었다. 또한 제 2 형 골형성 단백질의 일부가 초기 염증 반응 단계에서 염증성 삼출액의 흐름에 의해 소실 될 수 있다는 보고도 있었다. 이에 따라, 제 2 형 골형성 단백질을 초기 치유 단계 이후에 적용 시 그 효능이 더 증진 될 것이라는 가설이 수립되었다. 따라서 본 연구는, 파괴된 발치와에 대한 치조제 보존술 시, 제 2 형 골형성 단백질의 적용시기를 달리하였을 때의 효능을 임상적, 방사선학적 그리고 조직학적으로 비교 고찰하는 데에 목적을 두었다. 치조제 보존술을 위한 골 이식 재료로는 소 유래 1 형 콜라겐이 함유된 합성골 (Collagenated biphasic calcium phosphate, CBCP) 6mm (직경) x 5mm (높이)과 제 2 형 골형성 단백질 0.025mg/mL 이 사용되었다. 성견 5 마리를 대상으로 양측 4 번 소구치를 편측 절제하여 원심 치근을 발거하였고, 9mm (높이) x 3mm (넓이)의 골 결손부를 발치와 협측에 외과적으로 형성 하였다. 대조군 (즉시 적용)의 경우, 이식 10 분 전 제 2 형 골형성 단백질을 골 이식재에 흡수시켜 발치와에 적용하였다. 실험군 (지연 적용)의 경우, 식염수를 흡수시킨 골 이식재를 발치와에 이식 한 뒤, 2 주 후 동일한 양의 제 2 형 골형성 단백질을 이식 부위에 주사기를 이용하여 주입하였는데, 치조제 재건 부위의 중앙과 상방에 나눠 적용하였다. 발치와에 골 이식을 시행한 시점으로부터 4 주 후 실험 동물을 희생하였고, 조직학적 분석과 방사선학적 분석을 통해 두 군의 결과를 비교하였다. 방사선학적으로는 치근을 발거하지 않은 근심 측과 치조제 보존술을 시행한 원심 측을 중첩하여, 치조정 하방 2, 4 그리고 6mm 의 위치에서의 치조제 폭 변화량을 계측하였다. 조직학적으로는 광학 현미경을 통한 고배율 관찰과 더불어, 신생골의 면적과 치조정 하방 2, 4 그리고 6mm 위치에서의 치조제 폭 증강량을 계측하였다. 시험군과 대조군의 정규 분포가 확인되지 않아 조직학적과 방사선학적 계측치의 통계적 비교는 Wilcoxon 검정을 통해 시행하였다 (p<0.05). 임상적으로, 대조군의 경우 치조제 보존술 및 제 2 형 골형성 단백질 적용 2 주 후 붓기와 염증이 두드러지게 관찰된 반면, 실험군의 경우 제 2 형 골형성 단백질 주입 2 주 뒤 심한 붓기와 염증 소견 없이 치유되었음을 확인하였다. 방사선학적 계측 결과, 치조제 폭 변화량에 대한 두 군 간의 유의한 차이는 확인되지 않았다. 조직학적 관찰 결과, 두 군 모두 신생골 바깥쪽으로 조골세포가 관찰 되었고, 중앙 부위에는 주로 잔존 골 이식재가 관찰되었다. 신생골 분포 양상은 두 군에서 서로 다른 양상이 나타났는데, 대조군에서는 신생골이 기저골에서부터 형성되는 양상이 관찰된 반면, 실험군에서는 협측의 골막을 따라 신생골이 형성되는 양상이 관찰 되었다. 조직학적 계측 결과, 치조제 폭의 증강량은 두 군 사이에서 유의한 차이가 확인되지 않았으나, 신생골의 면적은 대조군이 실험군에 비해 유의하게 큰 것으로 확인되었다 (10.8±7.0 mm2 vs 6.3±3.1 mm2; p=0.043). 결론적으로, 파괴된 발치와에서의 치조제 보존술 시 제 2 형 골형성 단백질의을 즉시 적용 하였을 때, 지연 적용한 경우에 비해 더 많은 신생골이 형성 되었다. 후속 연구에서 치유기간을 길게 하고, 단백질의 농도를 다르게 하여 두 적용 시기에서의 골질과 골양을 연구해야 할 것이다. Purpose: To compare the clinical, radiographic and histological healing patterns between the immediate and delayed application of bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) in damaged extraction sockets in dogs. Materials and Methods: The distal roots of the fourth premolars of the mandible were extracted bilaterally in five beagle dogs, and buccal bone defects (4 mm wide and 9 mm high) were surgically created. Collagenated biphasic calcium phosphate (CBCP) soaked for 10 minutes in 100 µl of BMP-2 solution was applied immediately to the defect site in the control group. In the test group, the BMP-2 solution of same dose was injected into the grafted site 2 weeks after grafting with a saline-soaked CBCP. The dogs were sacrificed 2 weeks later. Clinical, histological and radiographic analyses were followed. Results: Swelling and inflammatory reactions were predominantly observed in the control group at 2 weeks. The area of new bone formation was significantly larger in the control group compared to the test group (10.8±7.0 mm2 [mean±SD] and 6.3±3.1 mm2, respectively; p=0.043). No significant difference was found in ridge width at 2 mm, 4 mm and 6 mm below the lingual bone crest between the control (2.6±1.0 mm, 3.2±0.9 mm and 4.5±0.5 mm, respectively) and test group (3.3±1.0 mm, 3.7±1.3 mm and 4.2±1.0 mm; all p>0.05). Conclusions: Delayed application of BMP-2 2 weeks after surgery did not show any advantage over immediate application of BMP-2 in terms of new bone formation.