Bacterial entombment by intratubular mineralization following orthograde mineral trioxide aggregate obturation: a scanning electron microscopy study
INTRODUCTION
근관 치료의 목적은 근관으로부터 미생물을 제거하고, 근관과 재료 사이의 fluid-tight 밀폐를 생성하여 재오염을 방지하는 것이다. 이를 위해서는 완전히 감염된 근관을 밀폐할 수 있는 재료가 임상에서 이상적일 것이다. 그러나 지금까지의 연구 결과, gutta percha 또는 polymer-based 재료로는 세균에 대한 적절한 근관 밀폐를 전혀 이룰 수 없다는 결론에 도달했다. Mineral Trioxide Aggregate(MTA)는 성공적으로 수술 및 비수술적 근관 치료재로 사용되어 왔고 우수한 밀폐 효과 및 biomineralization 효과를 나타내는 것으로 수많은 논문에서 보고되고 있다.
그러나 아직까지는 근관 밀폐재로서의 효과에 대한 연구가 발표되어 있지 않으며 특히 감염된 근관에서 세균을 제거시킬 수 있는 MTA-induced biomineralization의 능력에 대해 전혀 보고된 바가 없었다.
OrthoMTA(BioMTA, Seoul, Korea)는 주로 tricalcium
silicate으로 구성되며 순방향 근관 밀폐을 위해 개발된 바이오세라믹이다. 본 연구의 목적은 근관 밀폐 재료인 OrthoMTA의 상아질 세관에 대한 b iomineralization 현상과 세균성 매장의 효과를 입증하는 것이다. 귀무가설은 OrthoMTA의 근관 밀폐는 효과적으로 Enterococcus faecalis-감염 근관에서 intratubular mineralization에 의해 박테리아를 매장할 수 있다.
MATERIALS AND METHODS
Selection and preparation of teeth
본 연구는 서울대학교 치과대학병원 심사위원회(Institutional R eview B oard)의 승인 하에 수행됐다. 성인 환자 60명의 성숙 완료된 소구치를 대상으로 시행하였다. 수술용 미세 현미경 (OPMI Pico, Carl Zeiss, Germany)하에서 결함 없는 것으로 확인된 치아들이다. 모든 치아의 Minitom saw (STRUERS, Rodovre, Denmark)를 이용해 치관을 제거한 후 # 10 SS K-file(DENTSPLY, Tulsa, OK, USA)로 apical patency를 확인하였다. #10 SS K-file (Dentsply,Tulsa, OK, U SA)로 검사할 때 Working length를 근첨에서 1mm 짧게 측정했다. #2-4 Gates Glidden burs(Komet,Rock Hill, SC, USA)로 근관 입구를 확대했다. Crown down 방식으로 ProFile 0.04 and 0.06 Ni.Ti rotary instruments(DENTSPLY Maillefer, Ballaigues, Switzerland)를 사용하여 apical 크기 # 50 / 0.06 까지 근관 확대를 시행하였다. 근관벽에 있는 smear layer는 17% EDTA (pH 7.2)에 5분간 초음파 침적 그리고 5.25% NaOCl에 초음파 침적(Elmasonic 1Ultrasonic Cleaner; Camlab, Cambridge, UK)을 통해서 제거되었다. 이 후 증류수로 세척하고 페이퍼 포인트로 건조시켰다. 마지막 단계로 Autoclave 살균 소독 후, 24시간 동안 섭씨 37도에서 brain heart infusion(BHI) broth에 담가 놓았다. 이 후 뿌리는 사용할 때까지 섭씨 37도, 100 % 습도의 조건에서 보관하였다.
Bacterial inoculation and root canal obturation
60개 치근은 4 Group으로 나누었다.
Group 1: PBS 침적 (10개)
Group 2: 근관 내 세균 접종 + PBS 침적 (10개)
Group 3: OrthoMTA로 근관 밀폐 + PBS 침적 (10개)
Group 4: 근관 내 세균 접종 + OrthoMTA로 근관 밀폐+PBS 침적 (10개)
각 그룹은 다시 각각 관찰 기간 1, 4, 8, 16주 Group으로 나누었다.
결과
Group 1: PBS 침적 (10개)
16주간의 관측 기간까지 상아질 세관에는 무기물 침전은 없었다 (그림1a, 2b).
Group 2: 근관 내 세균 접종 + PBS 침적 (10개)
16주간의 관측 기간까지 상아질 세관에는 무기물 침전은 없었다 (그림1a, 1b).
Group 3: OrthoMTA로 근관 밀폐 + PBS 침적 (10개)
모든 상아세관 입구에서 짧은 태그(tag)구조가 발견되었다(그림1c, 1d).
모든 상아세관 내부에서는 긴 태그(tag) 구조가 발견되었다(그림1e, 1f).
· 1주: 상아 세관 내부에는 작은 잎사귀 구조가 관찰되었다(그림 2a, 2b). 상아세관 입구에는 짧은 태그 구조로 입구가 밀폐된 것이 관찰되었다(그림2c).
· 4주: 결정성 입자 구조가 상아 세관 전체 면에 나타낸다(그림 2d). 치근 첨공은 결정성 입자로 밀폐된 것이 관찰 되었다(그림 2g,2h).
· 8주: 결정형 입자들이 성장하여 상아 세관 전체를 밀폐시키는 것이 관찰되었다(그림 2e).
· 16주: 상아세관의 단면을 보면 결정 입자들이 성장하여 상아 세관의 내부를 밀폐시킨 것이 관찰되었다(그림 2f).
Group 4: 근관 내 세균 접종 + OrthoMTA로 근관 밀폐+PBS 침적(10개)
· 1주: 상아 세관 내부는 E. faecalis 로 감염되어 있었다. 독특한 결정형 입자 구조의 성장은 아직 관찰되지 않았다(그림 3a).
· 2주: 감염 상아 세관 내부에 매우 작은 침상(needle)형 결정이 형성되었다(그림 3b). 점차 감염 세균이 매장되어가는 것이 관찰되었다(그림 3b). 노란색 화살표는 E. faecalis의 부서진 모습을 보여준다(그림 3c).
성장되어가는 결정성 침착물에 의해서 E.faecalis 균이 점차 매장되어가는 것이 관찰되었다(그림 3c).
· 8주: 감염 세균이 형성된 결정성 입자들에 의해서 매장되었다(그림 3e: 흰색 화살표).노란색 화살표는 E. faecalis를 묻혔던 위치로 전자 현미경 시편을 준비하는 과정에서 분리되어 떨어져나간 공간을 보여주고 있다(그림 3e).
· 16주: 침상(needle)형 결정 구조와(그림 3f: 흰색 화살표) 뭉쳐진 작은 잎사귀 결정이 관찰되었다(그림 3f: 흰색 화살표).치근첨공 부위에서 판상형 결정 구조물과 침상 결정 구조물로 치근첨 부위가 밀폐된 것이 관찰되었다(그림 3g, 3h).
DISCUSSION
본 연구는 MTA에 의한 순방향 근관 밀폐를 통해 감염된 상아세관 내의 세균 매장 효과를 보여준 최초의 논문이다. 감염근관의 세균 매장은 Sundqvist과 Figdor에 의해 제안되었고 근관 밀폐 치료 술식의 가장 주요 목표 중 하나였다.
그러나 gutta percha 중심의 근관 충전술에 의해서는 근관 내부 공간 안에 존재하는 박테리아 매장을 성취되기 어렵다.
습윤한 조건하에서 Sealer로 gutta percha와 근관 내 상아질 사이에 형성된 계면을 밀폐하기란 매우 어렵다. 습윤한 조건하에서도 Resilon의 resin-based sealer는 상아질 세관을 통과할 수 있다고는 하지만, 상아질 기질에서 유래되는 단백질분해효소 작용(matrix metalloproteinase)의 영향을 받아 시간이 경과함에 따라 밀폐성이 취약해진다. 그에 반해서 습윤한 조건하에서 MTA는 밀폐성은 유지된다.
더욱이, 최근의 연구들은 PBS 용액을 사용함으로써 밀폐성이 향상될 수 있다고 보고한다. 인산염이 추가된 MTA에서의 수화 반응 가속화, 휨 강도 향상, 용해도 감소가 보고되었다. PBS 용액 안에서는 Ca와 P가 반응하여 무정형 칼슘포스페이트 (ACP:amorphous calcium phosphate)가 형성된다.
이 물질은 시간이 경과함에 따라 결정형 하이드록시 아파타이트(CDHA : Calcium deficient hydroxyl apatite)로 전환되면서 MTA와 근관 내 상아질 계면 사이의 결합 강도를 증가시킨다.
Martin 등은 in vitro 실험에서 PBS에 침적시키는 것만으로도 MTA apical plug의 밀폐성이 향상된다고 보고하였다. 그러나 현재까지 MTA를 PBS와 혼합하였을 경우 상아세관 내에서의 biomineralization 현상에 대한 보고서는 없었다.
OrthoMTA를 PBS로 혼합 후 순방향 밀폐된 모든 시편에서는 짧은 태그 구조의 상아 세관의 입구 밀폐와 긴 태그 구조의 상아질 세관 내부 밀폐가 관찰되었다. 이러한 특성은 감염 근관내 세균에 대한 영양 공급을 차단시키고 상아질 세관 내부에서는 세균 성장이 성장할 공간 자체를 밀폐시켜 제거함으로써 감염균을 사라지게 만들 수 있다. Camilleri 등의 보고에 따라 상아세관 내 결정성 물질의 성장에 요구되는 인 이온은 상아질에서도 보충될 것으로 보인다. 인 이온은 E. faecalis의 생존에 필수적이기 때문에 상아세관 내의 인 이온 고갈은 E.faecalis의 증식을 억제할 수도 있다. 습윤 조건 하에서 세균 매장은 MTA의 독특한 현상인데 그 기전이 다른 근관 충전 재료에서는 찾아 볼 수 없다.
우수한 밀폐성과 더불어 물리화학적 특성과 생체활성으로 인하여 MTA는 근관 밀폐를 위한 바이오 물질로서 사용 가능하다.
