β-TCP를 쓰는 이유에 대한 점검 및 재조명
김 관 식
김관식치과의원 원장
kwansik2827@naver.com
필자는 최근에 너무도 많은 골이식재가 개발되며 임플란트 및 골이식의 변화의 바람이 너무 급하고 거세어 많은 논란이 있는 것을 보았습니다.
왜냐하면 기존의 임플란트나 골이식 술식은 몇몇 외국 회사나 그 회사의 도움을 받고 있는 임상가에 의해 행해졌던 것이 사실입니다.
필자 또한 Nobel biocare나 Zimmer 등의 수많은 data나 그들의 protocol을 지지하였고 이를 모방하려 애썼지만 임상적으로 적용하고 경험하였던 술식 등에 실패 등을 경험하였습니다. 정확한 background에 대한 깊은 연구가 없이 선진국이라는 이유만으로 받아들였기 때문이라 생각합니다.
임플란트로 시작된 무한경쟁 시대에서 출발하여 우리나라의 기술이나 임상 수준 또한 발달하고 있습니다. 임플란트뿐만 아니라 이식재 그리고 레이저 또한 개발되었지만 정작 우리는 이러한 우리나라의 수준을 모르는 듯합니다.
하야시 박사 같은 초간편 술식이 우리나라에서 통할 수 있는 한, 왜 β-TCP를 쓰는지에 대한 점검 및 재조명이 필요하다고 생각하며 이와 관련 몇 가지를 살펴보려 합니다.
Q: 골 형성은 어떻게 이루어지는가?
골이식재의 골화를 위하여 가장 중요한 factor는 blood supply와 연조직압 배제라는 데는 이론의 여지가 없습니다.
골이식이 끝나고 닫힌 flap 안에는 지속적으로 blood가 공급되어 혈병이 들어찹니다. 이때에는 주로 염증성 세포로 이루어져 있는데 공간이 유지되지 않거나 flap이 안정적으로 닫히지 않으면 염증상태가 초래되고 osteoblast보다는 granulation tissue 및 fibroblast의 증식이 일어납니다. 당연히 임플란트는 성공하기 힘듭니다.
4-0. 이식재 주변의 공간을 감싸며 스며드는 미세혈액은 (capillary budding) Harversian system의 모체가 되며 이를 중심으로 혈관이 형성되는 angiogensis가 일어난다.
4-1. 이식재 틈 공간의 크기는 혈관형성에 중요하다.
혈액 공급이 왕성하면 모세혈관이 자라나는 capillary budding이 일어나며(4-0) 이식재 틈 공간에 찬 blood 및 혈병으로부터 micro vessel 및 Harversian관이 형성됩니다.(4-1)
4-2. 기공의 크기는 최소 50~ 300㎛ 에서 최적 300㎛ 정도가 적당하다 한다.
Albrektson에 의하면 Harversian관이 형성되려면 최소 50-100㎛ 공간이 있어야 한다고 했습니다. 학자에 따라 견해는 다르지만 pore는 필요하며 최소 50~ 300㎛ 크기이고 (4-2) 균일한 pore라 가정하면 최적 300㎛정도가 바람직하다 합니다. 또 연조직으로부터 눌리지 않아야 micro vessel 등이 ischemia가 일어나지 않습니다.
따라서 골이식이 성공하려면 어떤 종유의 bone인가, 자가골, 동종골, 합성골인가가 중요한 것이 아니라 수술부위의 피개와 안정화가 중요합니다.
특히 초기 bundle bone이 생기는 3주까지의 혈액 공급은 매우 중요하며 임플란트의 성패를 좌우함은 물론 이때 이후에는 remodeling은 일어나되 bome volume의 증가는 없기 때문입니다.
필자의 경우 저렴한 이식재와 T-mesh를 사용합니다. 연조직 폐쇄를 도모하는 데 3주까지의 시기를 잘 관리하며 연조직 레이저를 사용하면 대부분의 경우 골 형성은 활발함을 확인할 수 있었습니다.
Q: 골이식재의 요건이라면?
인체의 골조직은 Hydroxy Apatite의 구조로 Ca P 등 60-70%의 무기질로 이루어졌습니다. 따라서 골이식재 또한 calcium phosphate 구조와 유사해야 하며 다음과 같은 요건을 충족해야 합니다.
1. 적당한 강도가 있어서 space 유지 기능이 있고, 연조직압에 견딜 수 있으며
2. 생체친화성이 우수해야 염증 상태가 적으며
3. 흡수가 잘 되어 신속한 골전도가 일어나야 하며
4. 이물질이 없고 순도가 높아야 합니다. 이는 동종골, 이종골, 합성골을 모두 태우는 소성과정을 거치는데, 제조 공정상 개재된 불순물을 얼마나 줄이며 잘 처리하느냐에 따라 이식재의 순조로운 골화과정으로 이어지기 때문입니다.
화학적 측면에서 골이식재는 용해도와 소성 온도에 따라 성분인 Ca P 비율이 달라지며 흡수도 또한 달라집니다.
흡수도에 따라 Calcium phosphate(Ca PO4)> β-TCP(Ca(PO4)2) > α-TCP > Tetracalcium Phosphate Ca4P2O9 > HA{ Ca10(PO4)6(OH)2} 등의 순서를 보입니다.
Q: 이식재 사용시 주의할 점은 무엇입니까?
이식재가 골화되려면 scaffold가 되고 이에 골전도가 일어나야 합니다. 따라서 porosity는 흡수 정도에 영향을 미칩니다. 단독의 macro, micro porosity보다는 혼합된 Biphasic (BCP)가 바람직합니다.
* 1 HA는 Ca P 제재 중 가장 흡수되지 않습니다.
특히 비흡수성 Calcite는 운동량이 많되 비흡수가 요구되는 부위에 사용됩니다.
＊ 2 Bio-Oss, Osteogen, Osteo-Graf, Nu-Oss 로 대표되는 흡수성 HA일지라도 1-2 년 지나도 분해되지 않는 경우도 있습니다. 따라서 HA는 이식재 volume 유지를 위하여 사용됩니다.
＊ 3 Cerasorb는 Tricalcium phosphate이며 micropore가 있지만 잘 흡수되지 않습니다.
이상의 Calcite, Bio-Oss, Osteogen, Osteo-Graf, Cerasorb 등은 단독 사용하면 안 됩니다. 그 보다는 sandwitch tech처럼 최외곽 부위에 사용하며 흡수가 많은 자가골, 동종골의 단점을 보완하기 위해 1:1 혼합하며 사용할 수 있습니다.
특히 임플란트 결합부에 사용하면 흡수가 잘 안 되며 유착이 약할 수 있습니다.
또한 안정적인 flap으로 덮히지 않거나 상악동 점막이 찢어진 경우에는 흡수되기 힘들므로 이물반응을 나타낼 가능성이 많아서 신중하게 사용해야 합니다.
상악동 내의 이식재들은 호흡압으로 인하여 흡수되기 쉬운데 이를 방지할 수 있습니다.
그래서 Misch는 최외곽층을 TCP로 하여 흡수를 방지할 것을 제안한 바 있습니다.(4-3)
비싼 동종골 중심으로 이식을 마치는 경우에는 오히려 흡수가 오기 쉬우므로 차단막을 쓰거나 HA, TCP를 쓰는 등의 보완책이 필요합니다.
4-3. Misch에 의하면 최외각 층은 TCP, DFDB+ TCP, DFDB, 자가골의 순서로 상악동 이식을 하는 것이 바람직하다.
Q: 추천할 만한 이식재는 무엇이며 근거는 어떠한가?
＊ 4 HA 나 TCP의 덜 흡수됨을 보완하려 사용된 이식재가 β-TCP( Tri Calcium Phosphate)입니다.(4-4.) β-TCP( TriCalcium Phosphate)는 microporosity를 지니며 흡수가 빠릅니다.
4-4. 다양한 size의 β-TCP로 상악동 이식하는 증례
하지만 β-TCP는 기계적 강도가 매우 취약하여 단독 사용시 원하는 volume을 얻을 수 없으므로 Titanium 강화막이나 차단막과 병용해야 합니다.
그런데 하야시 박사의 경우(p.124) 차단막과 병용하지 않고 β-TCP만 단독 사용하여 이식부위가 흡수됨을 볼 수 있습니다. α-TCP는 β-TCP보다 덜 흡수되며 HA는 흡수 속도가 매우 느립니다.
이에 대해 Szabo(?2001)등은 β-TCP가 12-18개월 후에야 완전히 흡수된다 하였고, Wiltfang(?2003) 등에 의하면 4주까지는 α나 β형 모두 비슷한 흡수 양상을 보이며 16주에는 α형이 70%가 β형이 40% 남아 있다고 주장하였습니다.
그는 β-TCP 골이식 5-6 개월 후에 임플란트를 식립하는 것이 바람직하다고 하였는데 하야시박사는 발치즉시 식립하며 β-TCP로 골이식한다 하였으므로 상반된 주장함을 알 수 있습니다.
Lu(2002)는 HA가 잘 흡수되지 않으며 24주에도 5%만 흡수된다 하였습니다.
기계적 강도도 있고 흡수도 잘되려면 다른 Bi-phase의 Calcium phoshphate인 HA와 β-TCP를 섞어야 하며 이를 BCP( Biphasic calcium phosphate)라 칭합니다.
그리고 Nery(?1992) 등은 HA와 β-TCP 비율을 달리 혼합한 결과 (25/75) BCP가 β-TCP보다 빨리 흡수된다고 하였습니다.
4-5. 하야시의 증례를 살펴보면 발치와 임플란트 상부까지 골이 차오르지 않고 상부 골이 흡수되는 양상을 보이는데 이는 연조직압을 배제하지 못하기 때문이며 β-TCP를 사용하여 이식재의 volume이 유지되지 않고 조기 흡수되기 때문으로 사료된다
＊ 5 따라서 수많은 연구 등을 토대로 현재에는 6 HA: 4 β-TCP인 BCP를 원칙으로 하며 70% 전후의 porosity로 공급됩니다.( Daculsi G 2005?)
4-6. MBCP, Bio-Oss Bone Ap 이식재의 macro, micro, total porosity
4-7.MBCP, Bio-Oss Bone Ap 이식재 사용시 신생골, 미반응 입자, 경조직, 연조직 비율
＊ 6 65% Macro 35% mico porosity를 지니는 MBCP는 그 porosity로 인하여 상당량의 blood supply가 필요하므로(4-20, 21, 22, 23) 발치 2개월이 지나 연조직이 충분히 성숙되었고 잘 피개될 수 있는 경우 사용하는 것이 좋습니다. 그렇지 않다면 실패로 이어질 수 있습니다.(4-8, 9, 10) 또 발치와 즉시 이식이나 즉시식립 등의 경우에는 반드시 자가골이나 동종골을 1:1 혼합 사용해야 안정적인 골화를 이룰 수 있습니다.(4-33)
4-8. MBCP 위주의 이식은 안정적인 혈액 공급과 연조직 피개를 요한다. 55세 여자 환자의 방사선 소견으로 #16 발치 후 한 달을 기다렸지만 연조직의 성숙이 뒤늦어 실패한 증례이다.
4-9. 발치 한 달 후에도 치유되지 않는 발치와
4-10. 상악동 점막 거상 후 발치와 puros pericardium으로 점막에 보강한 후 greenplast를 도포하였고 MBCP 이식재와 PRP를 시행하였고 T-mesh로 vertical augmentation하였으나 실패하였다.
4-33. 발치와에 적용하려면 동종골과 BCP를 1:1로 섞어서 사용하는 것이 좋다.
＊ 7 한편 상악동의 경우 폐쇄된 공간이지만 blood supply는 매우 약합니다. 이때 window 형성하며 점막을 거상하면 잘 거상되고 접혀진 상악동 점막은 접촉면적을 넓게 하여 골이식재가 잘 흡수될 수 있는 여건을 만듭니다.
그런데 이때 동종골( Orthoblast) 등을 다량 사용하면(4-12) 호흡압이 강하게 작용하므로 심한 흡수로 인하여 graft volume의 감소를 예상하여야 합니다.
4-12. 상악동 이식시 Dynagraft Orthoblast 등의 동종골을 사용하는 경우 상당한 골 흡수를 예상하여야 한다.
상악동 거상술의 경우 유착까지 6개월 골화를 기다릴 수 있어서 BCP처럼 volume도 유지되는 다공성의 이식재가 바람직합니다.
결국 상악동에서는 강도를 갖춘 이식재를 사용하되 혈액 공급을 원활히 하고 점막 파열 등을 방지하는 것이 중요하며 자가골이나 비싼 동종골 위주로 사용하면 graft volume의 감소가 일어납니다.
＊ 8 PRP, fibrin glue (greenplast)의 효과는 예상보다 크지 않고 7-17 % 정도만 골 형성 과정이 촉진되었습니다. PRP 내의 BMP의 효과는 기대치에 미치지 못하므로 PRP, fibrin glue 등은 이식재의 흩어짐을 방지하는 binder 개념이나 조작을 간편하게 하려는 목적으로 사용됩니다.(4-14) (Damien L N 2006?)
4-14. PRP와 MBCP 이식재를 혼합한 소견
Q: 국산 이식재도 쓸 만한가?
필자가 사용한 바로는 국산 이식재도 용도에 맞게 사용하면 쓸 만한 것 같습니다.
순도의 차이는 있겠으나 송아지뼈 이종골인 Bio-Oss, Nu-Oss(4-16)나 BBP, Biocera 등의 임상적 차이는 거의 없는 것 같습니다.(4-15)
최근에 나온 국산 합성골 이식재는 아래와 같습니다.
4-15 Creasorb M, Bio Oss,Osteogen, Osteon, MBCP를 비교한 50배 현미경 소견으로 porosity를 비교할 수 있다.
4-16. 이종골인 송아지뼈 Nu-Oss의 180배 현미경 소견
＊9 Meta Bone Medik
Meta 치재에서 4가지 형태로 다양하게 공급되는데 6 HA: 4 β-TCP 비율로 생산됩니다. porosity 72%의 granule 형이며 MBCP와 비교하면 purity는 떨어지는 것 같습니다. 하지만 정맥혈이나 정맥혈 + fibrin glue 등과 mix하여 사용하는 것이 잘 흡수되며 조작이 간편합니다. 500㎛ macropore 0.1 micropore를 지니며 silicon을 포함하는 HA를 지닙니다.
발치즉시보다는 발치 1-2 개월 후에 사용하는 것이 좋으며 유착기간이 짧은 하악보다는 상악에서 사용하는 것이 좋습니다.(4-27, 28, 30, 32)
종류가 다양하고 가격 대비 골 형성이 우수하여 매우 실용적인 재료인 것 같습니다.
4-27. Meta사에서 개발한 BoneMedik-DM은 0.1~0.3, 0.3~ 0.5, 0.5~ 1.0, 1.0~2.0 mm 4가지 type이 있으며 0.5~ 1.0mm size가 가장 실용적이다.
4-28. Macroporosity를 보이는 BoneMedik은 MBCP에 비하여 다소 불규칙한 구조이다.
4-30. BoneMedik은 다양한 구조의 microporosity를 지녔다.
4-32. BoneMedik의 microporosity 구조
＊10 Bone plus
Megagen에서 6 HA: 4 β-TCP 비율로 생산되는 porosity 70%이며 MBCP와 달리 가운데가 뚫려 있는 도넛 형태여서 혈액 공급이 원활하다 합니다. 역시 발치 2개월 후에 사용하는 것이 좋으며 blood에 soaking하여 적용하여야 잘 흡수됩니다.(4-35, 36, 38)
4-35. Megagen사에서 시판 중인 Bone plus 소견
4-36. 도우넛 중앙에 위치한 기공은 Macroposity 기능을 한다.
4-38. Bone plus의 microporosity 소견
＊11 Bone-Gros
대웅제약에서 생산되며 두 가지 형태로 공급되는데 100% HA이지만 생체친화적인 carbonate성분을 가미하여 용해도와 흡수를 촉진하며 골형성하며 300 ㎛ 크기의 기공으로 모두 연결되어 80-90% porosity를 지니는데 이는 세계 최초라 합니다. ? ? 골이식 5-6개월 후 임플란트를 식립하는 것을 원칙으로 합니다.(4-41, 48, 49)
4-41, 48. 대웅제약에서 시판 중인 BoneGros HA는 세계 특허로 개발되었으며 기공이 통하는 HA구조이어서 보다 흡수가 빠르다 한다.
4-49. BoneGros의 기공이 많은 구조는 골유도가 잘 일어난다 하지만 덜 흡수되는 HA이다.
＊12 Syncera
오스코텍에서 개발된 합성골로 Cerasorb M처럼 (4-42) 100% β-TCP인데 micropore macropore가 있는 동그란 구조입니다. 강도는 약할 수 있으나 초기 골흡수가 신속하여 ( 3-4개월 후 70%까지 흡수 가능함) 이식 후 단시간 내에 임플란트를 식립할 수 있는 장점이 있다 합니다. (4-50, 51, 52, 54, 55)
4-42. β-TCP인 Cerasorb M의 microporosity는 서로 연결되어 있어 골화에 유리하다 한다.
4-50. 오스코텍사 Syncera는 100% β-TCP로 Cerasorb M과 유사하다.
＊13 Osteon
dentium사에서 제조된 BCP로 64% HA 36% β-TCP로 TCP가 coating 된 HA 구조이며 유통 기한은 2 년이라 합니다.(4-57, 58)
(4-51) (4-52)
4-51. Syncera macroporosity의 100배 현미경소견
4-52. Syncera macroporosity의 5000배 현미경소견
(4-54) (4-55)
4-54. Syncera microporosity의 100배 현미경소견
4-55. Syncera microporosity의 5000배 현미경소견으로 서로 연결된 구조이다.
＊12 KBB MA Graft- humane bone 동종골
(4-57) (4-58)
4-57. BCP 구조인 Osteon의 25배 소견으로 이도 MBCP와 유사한 구조이다.
4-58. Osteon의 3000배 소견이며 이는 65% HA에 35% TCP로 이루어져 있다.
cortical 80, cancellous 20의 비율로 섞여 있으며 20%의 cancellous 덕분에 조작이 용이하다 합니다. (4-45, 46, 47)
4-45, 46. MA graft는 80%의 cortical bone과 20%의 cancellous bone으로 이루어져 있다.
4-47. MA graft를 정맥혈과 혼합하면 조작하기 용이하다.
다음 시간에는 이러한 합성골 및 동종골이식재를 사용한 증례를 살펴보기로 하겠습니다. 이 내용을 정리하기까지 기밀에 가까운 자료를 기꺼이 제공하신 업체들과 관계자 여러분께 거듭 감사드리며 더 이상 문의하실 분은 아래 연락처를 활용하시기 바랍니다.
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1. Wiltfang J, Merten HA, Schlegel KA, et al., Degradation characteristics of α-, β-TCP in minipigs. J Biomed Material Res 2002: 63: 115-121
2. Szabo G, Suba Z, Hrabak K et al., Autogenous bone versus β-TCP graft alone for bilateral sinus elevation ( 2 and 3 dimensional CT, histologic and histomorpho -metric evaluations): preliminary results. Int J Oral Maxillofac Implant 2001:16: 681-692
3. Lu J, Descamps M , Dejou J et al., The biodegradation mechanism of calcium phosphate biomaterial in bone. J Biomed Mater Res 2002: 63: 408-412
4. Nery E, LeGeros R, Lynch Kenneth, Lee K : Tissue response to BCP ceramic with different ratio of HA/ β-TCP in periodontal osseous defect J Periodontol 1992 : 63(9) : 729-735
5. Daculsi G, Corre P, Malard R, Legeros R, Goyenvalle E: Performance for ingrowth of Biphasic calcium phosphate ceramic versus Bovine bone substitute Bioceramic 18, K, 2005 vol 18: 1379-1382
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7. Damien J B Chang et al., Osteoconduction of porous HA with various pore configuration Biomaterials 21 (2000) p1291-1298
8.김도균 et al., 탄산아파타이트로 된 인공골과 소뼈에서 유래한 무기질 골의 초기 골전도에 대한 연구, 대한악안면성형재건외과학회지 vol 29, No. 6, 2007
