ORIGINAL ARTICLE 돼지의경골에식립된지르코니아임플란트의골유착에관한연구 김이경 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 Osseointegration of zirconia impl

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민서 초
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1 ORIGINAL ARTICLE 김이경 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 Osseointegration of zirconia implant in the tibia of pigs Lee-Kyoung Kim, DDS, MSD, PhD, In-Ho Cho*, DDS, MSD, PhD Department of Prosthodontics, School of Dentistry, Dankook University, Cheonan, Korea Purpose: The purposes of this study were to investigate osseointegration around zirconia implants which had machined or alumina sandblasted surface, and to compare the results with titanium implants. Materials and methods: The study was performed on the tibia of 6 pigs. Three types of implants were investigated: group T-titanium implant, group Z-machined zirconia implant, group ZS-alumina sandblasting treated zirconia implant. Zirconia implants were manufactured from yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystalline (Acucera Inc., Pocheon, Korea). A total of 36 implants were installed in pigs' tibias. After 1, 4 and 12 weeks of healing period, the periotest and the histomorphometric analysis were performed. The data were analyzed using one-way ANOVA and significance was assessed by the Scheffe test (α=.05). Results: In the measurement of surface roughness, highest Ra value was measured in group T with significant difference. No significant differences were found among groups regarding Periotest values. After 1 week, in comparison of bone to implant contact (BIC), group Z showed higher value with significant difference. In comparison of bone area (BA), group T and group Z showed higher value with significant difference than group ZS. After 4 weeks, in comparison of BIC, group T showed higher value with significant difference. Comparison of BA showed no significant difference among each implant. After 12 weeks, the highest mean BIC values were found in group T with significant difference. Group ZS showed higher BIC value with significant difference than group Z. In comparison of BA, group T and group ZS showed higher value with significant difference than group Z. Conclusion: Zirconia implant showed low levels of osseointegration in this experiment. Modification of surface structure should be taken into consideration in designing zirconia implants to improve the success rate. (J Korean Acad Prosthodont 2013;51:190-8) Key words: Zirconia implant; Bone to implant contact; Bone area; Histomorphometry 서론 치과용임플란트제작에있어타이타늄합금은현재의재료중 'gold standard' 로간주되어지고있으나 1 잠재적면역학적부작용가능성과회색조색상으로인한비심미성이단점으로보고되어왔다. 특히전치부에서연조직퇴축이나얇은치은형태를가질때타이타늄노출로인한푸르거나회색조의부자연스러운치은색조는심미성을크게손상시킨다. 2 또한몇몇의연구는타이타늄이알러지반응을유도할수있다는사실을보고하였으며, 3 타이타늄입자의축적이림프절로전이될가 능성도발견되었다. 4 이에높은성공율을보장하면서더안전하고심미적인임플란트재료에대한연구가지속되고있으며여러가지생체재료중특히, 세라믹이타이타늄의대체물로써주목받고있다. Y-TZP (Yttria-stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal) 는기존세라믹보다더높은굽힘강도 (1,200 MPa), 더낮은탄성계수 (200 GPa), 더높은파절인성 (6-10 MPa m 1/2 ) 등개선된물리적성질을가지는세라믹으로소개되었다. 특히 Y-TZP 는정방정계에서단사정계로의상전환동안에너지를흡수하는성질로인해높은파절저항성을가지며, 5 자연치의색조와유사한유백색 *Corresponding Author: In-Ho Cho Department of Prosthodontics, College of Dentistry, Dankook University, 119, Dandae-ro, Dongnam-gu, Cheonan-si, Chungcheongnam-do, , Republic of Korea : , cho8511@dankook.ac.kr Article history: Received June 18, 2013 / Last Revision July 1, 2013 / Accepted July 12, 2013 c cc 2013 The Korean Academy of Prosthodontics This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 190 대한치과보철학회지 2013 년 51 권 3 호

이며, 빛을투과시키므로연조직형태가적정하지않거나연조직퇴축이일어난부위를수복하는데유용한임플란트재료로각광받고있다. 6 현재활발히진행되고있는지르코니아임플란트에대한임상전단계연구들에서지르코니아가상당한기간동안의구강내하중하에서견딜수있음이증명되었고, 7 다양한동물실험에서지르코니아의뛰어난생체적합성과타이타늄임플란트와유사한골반응이설명되었다.

따라서본실험에서는아직개발단계에있는국내산지르코니아임플란트를, 상용되고있는타이타늄임플란트와골유착의측면에서비교하기위해 6 마리돼지의하지경골에임플란트를식립하고 1 주, 4 주, 12 주에돼지를희생시켜조직형태계측분석을통해얻은결과를보고하고자한다. 연구재료및방법 1.

0 mm, 길이 8.0 mm 로표준화하였다. 본실험에사용된타이타늄임플란트와지르코니아임플란트의모식도와실제모습은 Fig. 1 에나타내었다. T 군은대조군으로서상용타이타늄나사형임플란트인외부연결형태의 IMPLANT M (Shinhung Co.

2 이며, 빛을투과시키므로연조직형태가적정하지않거나연조직퇴축이일어난부위를수복하는데유용한임플란트재료로각광받고있다. 6 현재활발히진행되고있는지르코니아임플란트에대한임상전단계연구들에서지르코니아가상당한기간동안의구강내하중하에서견딜수있음이증명되었고, 7 다양한동물실험에서지르코니아의뛰어난생체적합성과타이타늄임플란트와유사한골반응이설명되었다. 8,9 그러나지르코니아임플란트의골접촉율에있어서는다양한실험결과가존재하고, 국외에서는상업적으로이용가능한수종의지르코니아임플란트시스템이존재하는데반하여국내에서는지르코니아임플란트는아직까지학문적연구단계에만머물러있다. 따라서본실험에서는아직개발단계에있는국내산지르코니아임플란트를, 상용되고있는타이타늄임플란트와골유착의측면에서비교하기위해 6 마리돼지의하지경골에임플란트를식립하고 1 주, 4 주, 12 주에돼지를희생시켜조직형태계측분석을통해얻은결과를보고하고자한다. 연구재료및방법 1. 실험동물 본연구에서는몸무게 kg 의 3-4 개월된 3 원교잡종돼지 6 마리를사용하였으며모든과정은단국대학교동물윤리위원회에의해승인되었다 ( 승인번호 dku ). 돼지들은수술 1 주일전실험실옆의사육실에격리하여실험실환경에적응시켰고, 술전 24 시간동안절식시켰고, 물은자유급수하였다. 2. 실험재료 본연구에서사용된임플란트의유형은 Table 1 과같고모든임플란트를직경 4.0 mm, 길이 8.0 mm 로표준화하였다. 본실험에사용된타이타늄임플란트와지르코니아임플란트의모식도와실제모습은 Fig. 1 에나타내었다. T 군은대조군으로서상용타이타늄나사형임플란트인외부연결형태의 IMPLANT M (Shinhung Co., Ltd, Seoul, Korea) 을선택하였고, Z 군은지르코니아나사형임플란트로상용 3Y- TZP 블록 (Acucera, Inc., Pocheon, Korea) 을기계절삭하였다. ZS 군은동일하게제작된지르코니아임플란트를 50 μm알루미나입자로 5 bar 의압력으로샌드블라스팅표면처리하였다. 가공시에발생한응력의제거와정방정계에서단사정계로의상변화를다시전환시키기위해 1,200 에서 2 시간동안열처리과정을거친후에틸알코올과증류수의순서로각각 10 분간초음파세척을시행하고, 121 의고압증기멸균기에서 20 분간소독하여밀봉건조용기에보관하였다. Table 1. Classification of control and experimental groups in this study Group Material Surface preparation Weeks N T (control) Titanium (grade IV) Anodic oxidation Z (experimental) 3Y-TZP* Machined ZS (experimental) 3Y-TZP* Al2O3 sandblasted * 3Y-TZP: 3% mol Yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystal Fig. 1. Implants used in this study. A: Mimetic diagram of implants, B: Titanium implant, C: Zirconia implant. 대한치과보철학회지 51 권 3 호, 2013 년 7 월 191

3 3. 표면거칠기측정 비접촉식표면형상측정기인 SurfTest SJ-400 (Mitutoyo, Kawasaki, Japan) 으로중심선평균거칠기 (Ra) 값을측정하였으며각군당 5 개의임플란트를 1 개의임플란트당 3 부위에서측정하였다. 4. 수술및희생과정 Azaperone (Stresnil, Janssen-Cilag, Vienna, Austria) 5 mg/kg 과 tiletamine -zolazepam (Zoletil, Virbac, Carros, France) 5 mg/kg 을근육주사하여전신마취유도하였다. 기관내삽관을시행하고 1.5% isoflurane 의흡입으로전신마취를유지하였다. 실험동물을측와위로눕히고, 수술부위인좌, 우측하지경골부위의털을모두깎고베타딘용액으로소독하였다. 수술부위는에피네프린 (1:100,000) 이포함된 2% 염산리도케인 (Lignospan standard, Septodont, Creteil, France) 으로국소마취를추가로시행한후피부를절개하고, 근육과신경의손상이없도록근막을박리하였다. 시야가확보될수있도록근육을견인하고경골의근심부에 2 부위, 원심부에 1 부위, 총 3 부위의식립위치를선정하고, 시계방향으로회전하면서각군의식립위치를변화시켜무작위배치하였다. 식립시에는생리식염수주수를유지하면서 2,000 rpm 을넘지않는속도로골정중앙에점진적인골삭제를시행하였다. 제조사의지시대로, T 군은 point drill, 2.0 mm twist drill, 3.0 mm twist drill, 3.45 mm twist drill, 3.8 mm twist drill 의순서로, Z 군과 ZS 군은동일한골삭제후 tapping 의과정을더하여 30 rpm 으로속도로식립하였다. T 군은 Z 군의플랫폼상부높이와동일한 3.0 mm 높이의치유지대주를체결하고근육과피부를통상의방법대로층상봉합하여술부를관리, 유지해주었다. 1 주, 4 주, 12 주후에각각 2 마리씩전기충격을이용하여희생시켜임플란트와주변골조직을포함하는경골블록을채집하여즉시포르말린에보관하여고정시켰다. 5. Periotest values (PTVs) 측정 식립직후와희생시각방향에서 5 회반복측정후가장높은측정값과가장낮은측정값을제외한 3 개의평균값을측정값으로산정하였고, Periotest (Siemens AG, Bensheim, Germany) 의손잡이는치유지대주또는지르코니아임플란트의플랫폼상부에수직으로, 4 mm 이상떨어지지않도록하여측정하였다. 6. 조직시편제작 조직블록은약 1 주일간 4% 완충포르말린에서고정시키고관찰하고자하는부위를중심으로다이아몬드톱 (Exact Apparatebeau, Norderstedt, Germany) 으로절단하였다. 이후갈색유리병에넣어서 3 시간이상수세시켰다 % 알코올에서 6 시간탈수시킨후, methyl metacrylate (Technovit 7200 VLC, Kulzer, Wehrheim, Germany) 와 100% 알코올비율이 1:3 인용액에 2 일간진공하에포매하여알코올농도를계속내리면서 5 일간과정을반복하였다. 그후 100% Technovit 7200 VLC 용액으로몰딩한후 Exact machine (MG-4200) 으로포매하였다. 포매된블럭을트리밍한다음, 슬라이드를제외한시편조직의두께가약 μm가되도록연마하여시편을만들고, H-E (hematoxylin and eosin) 염색하여광학현미경 (Olympus BX, Olympus, Tokyo, Japan) 으로관찰하였다. 7. 조직계측학적분석 제작된조직시편에서광학현미경을이용하여가장골유착이잘형성된연속된 3 개의나사선부위의임플란트와결합되어있는골의길이를 Kappa image analyser (KAPPA opto-electronic GmbH Kleines Feld 6, D Gleichen, Germany) 로측정하고골 - 임플란트접촉율 (BIC, bone to implant contact) 을계산하여백분율로표시하였다. 동일한임플란트나사산내에서일정한면적내에서실제골조직이차지하는골의면적을 Kappa image analyser 로측정하고골면적율 (BA, bone area) 을계산하여백분율로표시하였다. 8. 주사전자현미경관찰 채집된블록을광학현미경용조직시편을제작하는과정과동일하게레진포매과정까지진행한후, 임플란트정중부에서절단하였다. 시편크기로트리밍하고임계점건조기 (Critical point dryer SCP-II, Hitachi, Tokyo, Japan) 에서건조시킨후, ion coater 를사용하여 20 nm 두께로백금도금하여주사전자현미경 (JSM-840 A, JEOL, Tokyo, Japan) 으로임플란트표면을관찰하였다. 9. 통계처리 표면거칠기값 (Ra) 및 PTVs 와조직계측학적측정결과를 SPSS Version 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 을이용하여 ANOVA 를시행하여군간의유의차를알아보고 Scheffe test 를이용하여사후검증하였다 (α=.05). 결과 1. 표면거칠기측정 각군의표면거칠기값 (Ra) 은통계적으로유의한차이가있었고 (Table 2), 사후검증결과 T 군이 Z 군과 ZS 군에비해유의하게더높은값을보였다. 192 대한치과보철학회지 51 권 3 호, 2013 년 7 월

Table 2. Distribution analysis of surface roughness Group Mean SD P value Scheffe PHT T 0.70 0.03 Z 0.

Table 3. Mean and standard deviation of PTVs Group 0 week 1 week 4 weeks 12 weeks T -4.6 ± 2.6 2.3 ± 5.

8 ± 2.1 Not significantly different at P<.05 (ANOVA). 2. Periotest values (PTVs) 각군별식립직후와희생시측정한값의평균과표준편차는 Table 3 에나타내었고군간및주간비교시통계적으로유의한차는없었다 (P=.

광학현미경관찰 1) 조직학적소견 (1) 1 주 T 군, Z 군, ZS 군의모든시편에서피질골상부에서만주로골과부착된양상을보이고있었고골 - 임플란트경계면주위로염증세포와조골세포를관찰할수있었다.

(2) 4 주골과임플란트의경계면에서다수의조골세포가활성화되어신생골로채워지는것이확인되었으며반전선이뚜렷하게관찰되었다.

Light micrographs taken 1 week after insertion.

blood cells. Inflammatory cell can be detected (H-E, magnification 100). Fig. 3.

A: Group T, B: Group Z, C: Group ZS, The thread was occupied by new bone.

(3) 12 주방향성과규칙성을띤신생골이관찰되었다. T 군에서는나사산부위를대부분신생골이채우고있었으며, Z 군은골 - 임플란트계면에많은간극이존재하였다.

4 Table 2. Distribution analysis of surface roughness Group Mean SD P value Scheffe PHT T Z * (Z=ZS) < T ZS * represents significant difference according to ANOVA (P<.05). Table 3. Mean and standard deviation of PTVs Group 0 week 1 week 4 weeks 12 weeks T -4.6 ± ± ± ± 0.0 Z -1.5 ± ± ± ± 2.4 ZS -1.6 ± ± ± ± 2.1 Not significantly different at P<.05 (ANOVA). 2. Periotest values (PTVs) 각군별식립직후와희생시측정한값의평균과표준편차는 Table 3 에나타내었고군간및주간비교시통계적으로유의한차는없었다 (P=.733). 3. 광학현미경관찰 1) 조직학적소견 (1) 1 주 T 군, Z 군, ZS 군의모든시편에서피질골상부에서만주로골과부착된양상을보이고있었고골 - 임플란트경계면주위로염증세포와조골세포를관찰할수있었다. 골은나사홈부위에서절단되어있었고, 출혈현상으로인한혈액과세포성분들이채워져있었다. 새로형성된골조직보다기존골과부서진골조각들이나사홈사이에존재하였다 (Fig. 2). (2) 4 주골과임플란트의경계면에서다수의조골세포가활성화되어신생골로채워지는것이확인되었으며반전선이뚜렷하게관찰되었다. T 군과 ZS 군에서는식립 1 주차에비해골부착부위가눈에띄게증가된양상을관찰할수있었으나, Z 군에서는오히려골 - 임플란트접촉사이에간극이증가된양상이관찰되었다 (Fig. 3). Fig. 2. Light micrographs taken 1 week after insertion. A: Group T, B: Group Z, C: Group ZS, The thread area was occupied by old bone, bone fragments and red blood cells. Inflammatory cell can be detected (H-E, magnification 100). Fig. 3. Light micrographs taken 4 weeks after insertion. A: Group T, B: Group Z, C: Group ZS, The thread was occupied by new bone. Fibrous/vascular tissue between bone and machined zirconia implant were observed (H-E, 100). (3) 12 주방향성과규칙성을띤신생골이관찰되었다. T 군에서는나사산부위를대부분신생골이채우고있었으며, Z 군은골 - 임플란트계면에많은간극이존재하였다. ZS 군에서도 1 주와 4 주에비하여증가된골 - 임플란트접촉을확인할수있었다 (Fig. 4). Fig. 4. Light micrographs taken 12 weeks after insertion. A: Group T, Bone formation with high bone contact adjacent to titanium implants was seen. B: Group Z, A fibrous capsule was present in the interface. C: Group ZS, Thin fibrous capsule between bone and sandblasting treated zirconia implant was seen (H-E, 100). 대한치과보철학회지 51 권 3 호, 2013 년 7 월 193

2) 조직계측학적결과 (1) 골접촉율 (BIC) 식립 1 주차, 4 주차, 12 주차 BIC 는 Table 4 에나타내었다. (2) 골면적율 (BA) 식립 1 주차, 4 주차, 12 주차 BA 는 Table 5 에나타내었다. 4. 주사전자현미경관찰 1) 주별골 - 임플란트접촉면관찰 (1) 1 주골과임플란트계면에식립시부서진골파편들이존재하는 양상이관찰되었다.

T 군에서는골과임플란트가거의부착하고있으며, ZS 군도 1 주에비해많이부착이일어난점을관찰할수있었으나 Z 군에서는골 - 임플란트부착이지연되고있음이관찰되었다 (Fig. 6). Table 4.

8 ± 24.1* 27.8 ± 11.1 26.0 ± 13.7 ZS 10.5 ± 7.9 36.0 ± 21.6 43.0 ± 7.4 *,, : significant difference according to ANOVA (P<.05).

represents statistically significance in relation to groups at 12 weeks. Table 5.

5 ± 3.7 45.0 ± 13.9 ZS 19.5 ± 8.8 71.0 ± 9.2 66.0 ± 6.8 *, : significant difference according to ANOVA (P<.05).

Scanning electron micrographs of bone to implant contact taken 1 week after insertion.

5 2) 조직계측학적결과 (1) 골접촉율 (BIC) 식립 1 주차, 4 주차, 12 주차 BIC 는 Table 4 에나타내었다. (2) 골면적율 (BA) 식립 1 주차, 4 주차, 12 주차 BA 는 Table 5 에나타내었다. 4. 주사전자현미경관찰 1) 주별골 - 임플란트접촉면관찰 (1) 1 주골과임플란트계면에식립시부서진골파편들이존재하는 양상이관찰되었다. 임플란트와접하고있는골부위에서골형성이시작되는것이관찰되었다 (Fig. 5). (2) 4 주골 - 임플란트접촉면이더긴밀해졌으나임플란트인접면에석회화되지않은무정형의치밀층이존재하거나계면조직이존재하였다. T 군에서는골과임플란트가거의부착하고있으며, ZS 군도 1 주에비해많이부착이일어난점을관찰할수있었으나 Z 군에서는골 - 임플란트부착이지연되고있음이관찰되었다 (Fig. 6). Table 4. Measured percentage of bone to implant contact (mean ± SD) Group Bone to implant contact (%) 1 week 4 weeks 12 weeks T 26.8 ± ± ± 2.9 Z 53.8 ± 24.1* 27.8 ± ± 13.7 ZS 10.5 ± ± ± 7.4 *,, : significant difference according to ANOVA (P<.05). * represents statistically significance in relation to groups at 1 week. represents statistically significance in relation to groups at 4 weeks. represents statistically significance in relation to groups at 12 weeks. Table 5. Mean and standard deviation of bone area (%) in each group Group Bone area (%) 1 week 4 weeks 12 weeks T 46.5 ± 7.3* 75.3 ± ± 11.6 Z 56.8 ± 19.4* 64.5 ± ± 13.9 ZS 19.5 ± ± ± 6.8 *, : significant difference according to ANOVA (P<.05). * represents statistically significance in relation to groups at 1 week. represents statistically significance in relation to groups at 12 weeks. Fig. 5. Scanning electron micrographs of bone to implant contact taken 1 week after insertion. A: Group T, B: Group Z, C: Group ZS, Bone formation was evident near the implant surface ( 1,500). Fig. 6. Scanning electron micrographs of bone to implant contact taken 4 weeks after insertion. A: Group T, An unmineralized zone separated the mineralized bone from the implant surface ( 1,500). B: Group Z, Interface tissue between calcified bone and implant ( 1,500). C: Group ZS, A dense amorphous layer was located at the implant surface ( 1,500). 194 대한치과보철학회지 51 권 3 호, 2013 년 7 월

Fig. 7. Scanning electron micrographs of bone to implant contact taken 12 weeks after insertion. A: Group T, An intimate contact can be detected between the bone and titanium implant ( 1,500).

(3) 12 주 T 군과 ZS 군은골 - 임플란트접촉면에신생골이밀접하게증식하여있었고 Z 군에서는부분적으로골과임플란트가분리되어있는부위가존재하였다 (Fig. 7). 고찰 생체재료의생체적합성은물리적, 화학적성질뿐만아니라재료표면의초기세포반응에따라결정된다.

13,14 Wennerberg 와 Albrektsson 은 1-2 μm범위의평균표면거칠기값을가지는표면이적절하며, 골유착에유리하다고보고했다. 15,16 조골세포계열이나일차골세포를이용한체외연구에서도선반가공된표면에비해거친표면에서더증가된분화를보이는것으로밝혀졌다.

6 Fig. 7. Scanning electron micrographs of bone to implant contact taken 12 weeks after insertion. A: Group T, An intimate contact can be detected between the bone and titanium implant ( 1,500). B: Group Z, A part of newly formed tissue was detached from the zirconia implant ( 1,500). C: Group ZS, A direct bone contact was observed ( 1,500). (3) 12 주 T 군과 ZS 군은골 - 임플란트접촉면에신생골이밀접하게증식하여있었고 Z 군에서는부분적으로골과임플란트가분리되어있는부위가존재하였다 (Fig. 7). 고찰 생체재료의생체적합성은물리적, 화학적성질뿐만아니라재료표면의초기세포반응에따라결정된다. 재료표면의초기세포부착과흡착은세포퍼짐과이동으로연결되고, 이후세포의증식과분화능력에영향을주어서, 10 결과적으로는골유착에관련되어진다. 생체재료와접촉하고있는세포의기능적인활성은표면의특성에의해결정된다. 11,12 따라서표면거칠기는임플란트의골유착에중요한역할을하는것으로확립되어왔고이는다양한동물실험과임상실험에의해증명되어졌다. 13,14 Wennerberg 와 Albrektsson 은 1-2 μm범위의평균표면거칠기값을가지는표면이적절하며, 골유착에유리하다고보고했다. 15,16 조골세포계열이나일차골세포를이용한체외연구에서도선반가공된표면에비해거친표면에서더증가된분화를보이는것으로밝혀졌다. 17,18 본실험에서타이타늄임플란트와지르코니아임플란트의 BIC 값에큰차이가존재하는것도이러한맥락에서일부설명될수있다. 즉, 본실험에사용된타이타늄임플란트의평균표면거칠기값이지르코니아임플란트에비해 2 배이상크므로 BIC 값에많은차이를나타낸것으로보인다. 따라서지르코니아임플란트의표면거칠기를증가시키는것이초기세포반응의증진뿐만아니라지르코니아임플란트의장기간의성공을위해서도필수적인것으로사료되었다. 지르코니아표면과비교할때타이타늄디스크위의세포배양에서조골세포유사세포의 BMP 4 와 BMP 7 유전자가상향조절되어있었고, 타이타늄표면에서 alkaline phosphatase 가유의성있게증가되었다고보고되었다. 19 세포부착, 증식, 분화를증진시키는단백질의흡착은표면전하, 즉 IEP (isoelectic point) 에 달려있는데 20 타이타늄의부동태산화층은 4.4 IEP 를나타내고 21 지르코니아의 IEP 는 7 정도로결정되어진다. 22 그러므로양성단백질이타이타늄표면에더잘부착한다. 즉, 표면거칠기뿐만아니라지르코니아와타이타늄의세포수준의골반응에도차이가있으므로본실험에서식립 1 주시에는유의성이없었던 T 군과 ZS 군의 BIC 값이 12 주에는 T 군이유의성있게높은값을나타낸결과는타이타늄의큰표면거칠기값뿐만아니라타이타늄의재료적특성에서도그원인을찾을수있다고사료되었다. Shin 등 23 의최근연구에서는토끼의경골에 6 주동안식립되어졌던선반가공된나사형타이타늄임플란트와코팅되지않은나사형지르코니아임플란트의비교에서타이타늄의골막수준에서의골활성이지르코니아보다 2 배이상높은것을발견하였고, 이것이임플란트와접촉하고있는골막표면에서의골개조활성이임플란트의타입에따라유의성있는효과를가진다는것을보여주는점이라고해석하였다. 이는비록수직적저작력을받지는않았지만토끼의경골에식립된임플란트가토끼의이동시굽힘력의영향을받았으므로, 다른탄성계수를가지는임플란트의골반응차이에의해골개조활성의차이가발생하였고타이타늄임플란트의탄성계수보다 2 배더높은값을지닌지르코니아임플란트가인접골조직에서의변형과기계적자극의수준을허용하지않기때문이라고설명하였다. 이상의토끼경골연구에서얻은지르코니아임플란트의 BIC 값은본실험에서측정된 Z 군의식립 4 주차 (27.8 ± 11.1%) 및 12 주차결과 (26.0 ± 13.7%) 와유사하였다. 이에지르코니아임플란트의 BIC 값을타이타늄임플란트수준으로증가시키기위해서는지르코니아의탄성계수를감소시킬수있는방법의연구도중요하다고생각되었다. 돼지하악골에 TLA (sandblasted & etched titanium implant), ZS (sandblasted zirconia implant), ZLA (sandblasted and alkaline etched zirconia implant) 를식립하여비교한 Schliephake 등 24 은 ZS 와 ZLA 의표면거칠기를비교했을때전체거칠기는유사하였으나후자가미세거칠기측면에서유의성있게높았지만, 두지르코니아임 대한치과보철학회지 51 권 3 호, 2013 년 7 월 195

7 플란트모두타이타늄임플란트에비해서는표면거칠기가유의성있게낮았다고보고하였다. 또식립후 4 주차측정에서 TLA, ZLA, ZS 순으로 BIC 가낮았으나유의성은없었고, 식립후 13 주차측정에서는지르코니아임플란트는모두 4 주차에비해감소하였고, 계속증가한타이타늄임플란트에비해유의성있게낮았다고보고하였다. 샌드블라스팅처리된지르코니아임플란트표면의 XPS analysis 에서알루미나샌드파편이검출되었는데이파편들이부분적으로지르코니아임플란트의표면을가려서샌드블라스팅처리된지르코니아임플란트의낮은부착을유도했다고설명하였다. 이러한보고에미루어본실험에서도 ZS 군의낮은초기 BIC 의원인으로알루미나입자의잔존을의심할수있었으나성분분석을수행하지않았으므로 ZS 군의표면에알루미나입자가잔존하였음을증명할수없고그러므로낮은결과와의인과관계를확인할수는없었다. Langhoff 등 25 의연구에서는양의골반에식립된 2 주차에지르코니아임플란트 (ZLA) 가타이타늄임플란트 (TLA) 보다 20% 정도더높은 BIC 값을보이다가식립 4 주차에증가세가둔화되어타이타늄임플란트와유사한값을보였고, 8 주차에는 2 주차때나타내었던 BIC 값보다감소하여, 지속적인증가가일어난타이타늄임플란트보다낮은값을보였다. 이를본실험에서선반가공된지르코니아임플란트의 1 주차 BIC 값이가장높았던점과연계하여볼때식립초기에는지르코니아의뛰어난생체적합성으로인해골접촉율이높게나타나지만제작과정중절삭유잔존등의수세과정의부적합또는알루미나샌드파편의잔존, 표면거칠기부족등으로지르코니아의 BIC 값이지속적으로감소된것으로추측할수있었다. 본실험의결과에타이타늄임플란트와지르코니아임플란트의형태와표면처리가다른점이영향을주었을것으로추측되지만지르코니아임플란트의상용화를위해서는지르코니아임플란트의물성개선과표면변형방법의개발은필요할것으로생각되었다. 결론 본연구에서는다음과같은결론을얻었다. 1. 각군임플란트의평균표면거칠기 (Ra) 를측정한결과 T 군 (0.70 ± 0.03 μm ) 이 Z 군 (0.26 ± 0.01 μm ) 과 ZS 군 (0.29 ± 0.03 μm ) 에비해높은값을보였으며이는통계적으로유의하였다 (P<.05). 2. 임플란트식립직후, 1 주, 4 주, 12 주에측정한 PTVs 는 T 군이상대적으로낮은값을보였으나군간, 주간모두통계적으로유의하지는않았다. 3. 식립 1 주차골접촉율측정결과 Z 군이 T 군, ZS 군에비해유의성있게높았고 (P<.05), 골면적율은 T 군, Z 군이 ZS 군에비해유의성있게높았다 (P<.05). 4. 식립 4 주차골접촉율측정에서 T 군이 Z 군, ZS 군에비해 유의성있게높았고 (P<.05), 골면적율은군간유의한차가없었다. 5. 식립 12 주차골접촉율은 T 군, ZS 군, Z 군순으로낮아졌고이는통계적으로유의하였다 (P<.05). 골면적율은 T 군, ZS 군이 Z 군에비해유의성있게높았다 (P<.05). 이상의결과로부터지르코니아임플란트는상용타이타늄임플란트와비교했을때골유착이충분하지않으며실제의적용을위해서는표면변형이필요하다는것을알수있다. References 1. Stadlinger B, Hennig M, Eckelt U, Kuhlisch E, Mai R. Comparison of zirconia and titanium implants after a short healing period. A pilot study in minipigs. Int J Oral Maxillofac Surg 2010;39: Heydecke G, Kohal R, Gläser R. Optimal esthetics in single-tooth replacement with the Re-Implant system: a case report. Int J Prosthodont 1999;12: Stejskal J, Stejskal VD. The role of metals in autoimmunity and the link to neuroendocrinology. Neuro Endocrinol Lett 1999;20: Weingart D, Steinemann S, Schilli W, Strub JR, Hellerich U, Assenmacher J, Simpson J. Titanium deposition in regional lymph nodes after insertion of titanium screw implants in maxillofacial region. Int J Oral Maxillofac Surg 1994;23: Akagawa Y, Ichikawa Y, Nikai H, Tsuru H. Interface histology of unloaded and early loaded partially stabilized zirconia endosseous implant in initial bone healing. J Prosthet Dent 1993;69: Hoffmann O, Angelov N, Gallez F, Jung RE, Weber FE. The zirconia implant-bone interface: a preliminary histologic evaluation in rabbits. Int J Oral Maxillofac Implants 2008;23: Andreiotelli M, Kohal RJ. Fracture strength of zirconia implants after artificial aging. Clin Implant Dent Relat Res 2009; 11: Ichikawa Y, Akagawa Y, Nikai H, Tsuru H. Tissue compatibility and stability of a new zirconia ceramic in vivo. J Prosthet Dent 1992;68: Kohal RJ, Weng D, Bächle M, Strub JR. Loaded custom-made zirconia and titanium implants show similar osseointegration: an animal experiment. J Periodontol 2004;75: Nebe B, Forster C, Pommerenke H, Fulda G, Behrend D, Bernewski U, Schmitz KP, Rychly J. Structural alterations of adhesion mediating components in cells cultured on poly-beta-hydroxy butyric acid. Biomaterials 2001;22: Anselme K, Bigerelle M, Noel B, Dufresne E, Judas D, Iost A, Hardouin P. Qualitative and quantitative study of human osteoblast adhesion on materials with various surface roughnesses. J Biomed Mater Res 2000;49: Lincks J, Boyan BD, Blanchard CR, Lohmann CH, Liu Y, Cochran DL, Dean DD, Schwartz Z. Response of MG63 osteoblastlike cells to titanium and titanium alloy is dependent on surface roughness and composition. Biomaterials 1998;19: Lee JH, Lim HS, Lim JH, Cho IH. The effect of resorbable membrane and xenogenic graft materials on implant stability and peri- 196 대한치과보철학회지 51 권 3 호, 2013 년 7 월

8 implant tissue reaction. J Korean Acad Oral Maxillofac Implants 2001;5: Yim JH, Lim HS, Lim JH, Cho IH. The effect of various graft materials on the stability of implant and peri-implant tissue response in rabbit tibia. J Korean Acad Oral Maxillofac Implants 2001;5: Wennerberg A, Albrektsson T. Suggested guidelines for the topographic evaluation of implant surfaces. Int J Oral Maxillofac Implants 2000;15: Albrektsson T, Wennerberg A. Oral implant surfaces: Part 1-review focusing on topographic and chemical properties of different surfaces and in vivo responses to them. Int J Prosthodont 2004; 17: Kieswetter K, Schwartz Z, Dean DD, Boyan BD. The role of implant surface characteristics in the healing of bone. Crit Rev Oral Biol Med 1996;7: Hempel U, Hefti T, Kalbacova M, Wolf-Brandstetter C, Dieter P, Schlottig F. Response of osteoblast-like SAOS-2 cells to zirconia ceramics with different surface topographies. Clin Oral Implants Res 2010;21: Palmieri A, Pezzetti F, Brunelli G, Lo Muzio L, Scarano A, Scapoli L, Martinelli M, Arlotti M, Guerzoni L, Rubini C, Carinci F. Shortperiod effects of zirconia and titanium on osteoblast micrornas. Clin Implant Dent Relat Res 2008;10: Schliephake H, Scharnweber D. Chemical and biological functionalization of titanium for dental implants. J Mater Chem 2008;18: Roessler S, Zimmermann R, Scharnweber D, Werner C, Worch H. Characterization of oxide layers on Ti6Al4V and titanium by streaming potential and streaming current measurements. Colloid Surf B: Biointerfaces 2002;26: Leong YK, Scales PJ, Healy TW, Boger DV. Effect of particle size on colloidal zirconia rheology at the isoelectric point. J Am Ceram Soc 1995;78: Shin D, Blanchard SB, Ito M, Chu TM. Peripheral quantitative computer tomographic, histomorphometric, and removal torque analyses of two different non-coated implants in a rabbit model. Clin Oral Implants Res 2011;22: Schliephake H, Hefti T, Schlottig F, Ge det P, Staedt H. Mechanical anchorage and peri-implant bone formation of surface-modified zirconia in minipigs. J Clin Periodontol 2010;37: Langhoff JD, Voelter K, Scharnweber D, Schnabelrauch M, Schlottig F, Hefti T, Kalchofner K, Nuss K, von Rechenberg B. Comparison of chemically and pharmaceutically modified titanium and zirconia implant surfaces in dentistry: a study in sheep. Int J Oral Maxillofac Surg 2008;37: 대한치과보철학회지 51 권 3 호, 2013 년 7 월 197

9 ORIGINAL ARTICLE 김이경 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 연구목적 : 최근지르코니아임플란트가크게향상된물리적성질, 자연치와유사한색조, 뛰어난생체적합성으로주목받고있다. 이에본연구에서는국내에서시판되고있는상용타이타늄임플란트와개발단계인지르코니아임플란트의골유착을비교연구하였다. 연구재료및방법 : 상용타이타늄임플란트 (T 군 ) 와기계절삭된나사형지르코니아임플란트 (Z 군 ), 기계절삭후알루미나샌드블라스팅으로표면처리된나사형지르코니아임플란트 (ZS 군 ) 의표면거칠기를측정한후 6 마리돼지의좌, 우측하지경골에식립하여 1 주, 4 주, 12 주에각각희생하여 Periotest values (PTVs) 측정, 조직학적측정및조직계측학적측정, 주사전자현미경관찰을시행하였다. 평균표면거칠기와 PTVs, 조직계측학적측정결과는일원분산분석을통해통계처리되었다 (α=.05). 결과 : 각군임플란트의표면거칠기를측정한결과 T 군이 Z 군, ZS 군에비해더유의하게높은평균표면거칠기값을보였다. PTVs 는측정시기모두에서 T 군이상대적으로낮은값을보였으나각군에따라, 시기에따라모두통계적으로유의하지는않았다. 식립 1 주차골접촉율측정결과 Z 군이 T 군, ZS 군에비해유의성있게높았고, 골면적율은 T 군, Z 군이 ZS 군에비해유의성있게높았다. 식립 4 주차골접촉율측정에서 T 군이 Z 군, ZS 군에비해유의성있게높았고, 골면적율은군간유의한차가없었다. 식립 12 주차골접촉율은 T 군, ZS 군, Z 군순으로낮아졌고모든군간통계적으로유의한차이가존재하였다. 골면적율은 T 군, ZS 군이 Z 군에비해유의성있게높았다. 결론 : 이상의결과는지르코니아임플란트의골유착이타이타늄임플란트에비해부족하며, 상용화를위해서는지르코니아임플란트의표면변형에관한연구가더필요함을시사한다. ( 대한치과보철학회지 2013;51:190-8) 주요단어 : 지르코니아임플란트 ; 골 - 임플란트접촉율 ; 골면적율 ; 조직계측학적연구 * 교신저자 : 조인호 충청남도천안시동남구단대로 119 단국대학교치과대학보철학교실 : , cho8511@dankook.ac.kr 원고접수일 : 2013년 6월 18일 / 원고최종수정일 : 2013년 7월 1일 / 원고채택일 : 2013년 7월 12일 c 2013 대한치과보철학회 cc 이글은크리에이티브커먼즈코리아저작자표시-비영리 3.0 대한민국라이선스에따라이용하실수있습니다. 198 대한치과보철학회지 2013 년 51 권 3 호

I 서론 치과용 임플란트는 Brånemark 등1의 골유착 (osseointegration) 발견 이후 끊임없는 발전 을 거듭해 왔다. Brånemark 등 1 이 밝혀낸 골 유착은 임플란트의 표면과 living bone 사이에 연조직 층 의 생성이 없이 직접 골조직이

I 서론 치과용 임플란트는 Brånemark 등1의 골유착 (osseointegration) 발견 이후 끊임없는 발전 을 거듭해 왔다. Brånemark 등 1 이 밝혀낸 골 유착은 임플란트의 표면과 living bone 사이에 연조직 층 의 생성이 없이 직접 골조직이 ISSN 1229-5418 ; 17(4): 268~274 임플란트 드릴링 시 발생하는 열과 그 원인에 대한 분석 한선희 1, 김병국 2, 김범익 2 1 서울대학교 치의학대학원 치주과학교실, 2 오스템임플란트연구소 Temperature Measurement during Implant-site Preparation Seon-Hee Han 1, Byoung Kook