ORIGINAL ARTICLE 이종골이식을동반한지르코니아와타이타늄임플란트의골유착에관한연구 김성원 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 On the osseointegration of zir

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지규 탄
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1 ORIGINAL ARTICLE 김성원 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 On the osseointegration of zirconia and titanium implants installed at defect site filled with xenograft material Sung-Won Kim, In-Ho Cho* Department of Prosthodontics, College of Dentistry, Dankook University, Cheonan, Korea Purpose: The purpose of this study was to compare zirconia implants with titanium implants from the view point of biomechanical stability and histologic response on osseointegration when those were placed with xenograft materials. Materials and methods: Specimens were divided into two groups; the control group was experimented with eighteen titanium implants which had anodized surface and the experimental group was experimented with eighteen sandblasted zirconia (Y-TZP) implants. At the tibias of six pigs, implants were installed into bone defect sites prepared surgically and treated with resorbable membranes and bovine bone. Two pigs were sacrificed after 1, 4 and 12 weeks respectively. Each implant site was sampled and processed for histologic and histomorphometric analysis. The stability of implants was evaluated with a Periotest. And the interfaces between bone and the implant were observed with a scanning electron microscope. Results: In stability analysis there was no significant difference between Periotest values of the control group and the experimental group. In histologic analysis with a light microscope after 4 weeks, there was new bone formation with the resorption of bovine bone and the active synthesis of osteoblasts in both groups. In bone-implant contact percentage there was significant difference between both groups (P<.05). In bone area percentage there was no significant difference between both groups. In analysis of both groups with a scanning electron microscope there was a gap between bone and a surface at 4 weeks and it was filled up with bone formed newly at 12 weeks. Conclusion: When accompanied by xenograft using membrane, bone to implant contact percentage of zirconia implants used in this experiment was significantly less than that of the titanium implants by surface treatment of anodic oxidation. So, it is considered that the improvement of zirconia implant is needed through ongoing research on surface treatment methods for its practical use. (J Korean Acad Prosthodont 2014;52:9-17) Key words: Zirconia; Xenograft; Bone to implant contact percentage; Bone area percentage 서론 타이타늄은치과용임플란트재료로가장널리사용되고있지만어두운회색색상을띠고있어서임플란트주변의점막이얇거나퇴축될경우심미적으로좋지않은결과를낳을수있다. 지르코니아는이를대체할수있는임플란트의재료로생체내에서불활성이고부식과마모에대한저항성이뛰어나며높은굴곡강도와파절인성을가지고있어초창기부터정형외과의고관절수술에서과두의대체재료로성공적으로사 용되어왔다. 1 지르코니아에 MgO, CaO, Y2O3 와같은금속산화물을혼합한 Y-TZP (yttrium-stabilized tetragonal zirconia polycrystal) 는자연치아와유사한색상을가지면서기계적강도가한층높아졌기때문에심미적인수복에더욱유리한장점을가진다. 1 또한지르코니아임플란트의골반응에관한여러연구에서지르코니아임플란트가타이타늄임플란트와유사한정도의골반응을나타내고있다고보고하였다. 2,3 최근에는단순한임플란트의성공보다도조금더빠른골유착을통해치료기간을단축하고장기간의성공률을높이기위 *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 October 25, 2013 / Last Revision November 14, 2013 / Accepted January 3, 2014 c cc 2014 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. 대한치과보철학회지 2014 년 52 권 1 호 9

한연구들이진행되고있다. 이를위하여타이타늄임플란트의표면성상변화의물리적또는화학적방법들에대한다양한연구들이활발히진행되고있고, 4 타이타늄과마찬가지로지르코니아도골조직반응을향상시키기위해그표면에샌드블라스팅이나산부식을적용하여미세한거칠기를재현하는방법과생체활성을가지는칼슘포스페이트, 비스포스포네이트, 콜라겐과같은재료들을피막하는방법이소개되어왔다.

지르코니아임플란트가주로사용될수있는전치나소구치부위의경우, 심미적인문제로인하여발치후임플란트를바로식립하고임시치아수복까지진행하는경우에임플란트와협측골사이에간격이나골결손이발생될수있고이는나중에임플란트표면의일부가골에의해덮이지않아서치료의실패로이어질수있다.

2 한연구들이진행되고있다. 이를위하여타이타늄임플란트의표면성상변화의물리적또는화학적방법들에대한다양한연구들이활발히진행되고있고, 4 타이타늄과마찬가지로지르코니아도골조직반응을향상시키기위해그표면에샌드블라스팅이나산부식을적용하여미세한거칠기를재현하는방법과생체활성을가지는칼슘포스페이트, 비스포스포네이트, 콜라겐과같은재료들을피막하는방법이소개되어왔다. 5 Kohal 등 3 은샌드블라스팅한지르코니아임플란트가표면처리하지않은선반가공된지르코니아임플란트보다더높은기계적안정성을얻었다고보고하였다. 지르코니아임플란트가주로사용될수있는전치나소구치부위의경우, 심미적인문제로인하여발치후임플란트를바로식립하고임시치아수복까지진행하는경우에임플란트와협측골사이에간격이나골결손이발생될수있고이는나중에임플란트표면의일부가골에의해덮이지않아서치료의실패로이어질수있다. 이러한문제점을극복하기위해서골결손이있고골질의양이부족할경우골유도재생술 (GBR, guided bone regeneration) 을이용하여골이식을동반하는방법이추천된다. 6 가공처리한우골 (bovine bone) 은생체적합성이좋고높은골전도의특성이있으며인간의해면골과유사한다공성구조나생역학적인골소주구조를가지고있어서많은양의골을얻기어려운자가골이나동졸골의단점을보완할수있다. 7,8 또한흡수성차폐막은부가적인수술이필요없는장점으로인해임플란트수술에서선호되고있다. 9 임플란트의골유착정도를정량적으로평가하는가역적인방법은페리오테스트법과공진주파수분석기를이용하는방법이있다. 10 공진주파수분석기를이용하는방법은지르코니아임플란트와같이임플란트와지대주에변환기를장착하기어려운경우공진주파수를측정하기힘들것으로사료된다. 이외에비가역적방법으로실험대상을희생시켜, 시편을채취하고, 이를다양한방법으로조직학적측정을하는조직형태계측학적분석등이있다. 앞선이론들을참고하여본연구에서는돼지의경골에이종골이식과함께식립한지르코니아임플란트의안정성과조직학적및조직계측학적평가를타이타늄임플란트와비교하고자하였다. 연구재료및방법 1. 연구재료 실험동물은몸무게 kg 의 3-4 개월된 3 원교잡종돼지 6 마리를사용하였고, 모든실험과정이단국대학교동물윤리위원회에의해승인되었다 (dku ). 모든임플란트는직경 4.0 mm, 길이 8.0 mm 로표준화시켰고 Table 1 과같이분류하였다. 대조군은양극산화법으로표면처리를시행한 external connection type 의타이타늄나사형임플란트 (IMPLANT M, Shinhung Co., Seoul, Korea) 로평균표면거칠기 (Ra) 는약 0.70 μm였다. 실험군은상용 Y-TZP 블록 (Acucera Inc., Pocheon, Korea) 을 external type 의나사형임플란트형태로선반가공하고 5 bar 의압력에서 50 μm크기의알루미나입자로샌드블라스팅하였으며응력을받은결정상의복원을위하여 1,000 에서 5 분간열처리를하였다. 그리고에틸알코올과증류수의순서로각각 10 분간초음파세척을한후, 고압증기멸균기로 121 에서 20 분간멸균한후평균표면거칠기가약 0.29 μm인지르코니아임플란트를제작하였다 (Fig. 1). 골이식을위해서가공처리된우골을이용한이종골이식재 (BBP, Oscotec Inc., Cheonan, Korea) 와콜라겐성분의흡수성차폐막 (CollaGuide TM, Oscotec Inc., Cheonan, Korea) 을사용하였다. A B Fig. 1. Pictures of the titanium (A) and the zirconia (B) implant. Table 1. Classification of control and experimental groups Group Material Surface preparation Surface roughness (Ra) Weeks Number Control Titanium (grade IV) Anodic oxidation with Mg ion 0.70 μm Experimental 3Y-TZP Sandblasting with Al2O μm * 3Y-TZP: 3% mol yttrium-stabilized tetragonal zirconia polycrystal. 10 대한치과보철학회지 52 권 1 호, 2014 년 1 월

2. 수술과정 실험동물에진정제 (Stresnil, Janssen, Titusville, USA) 와마취유도제 (Zoletil, Virbac, Carros cedex, France) 를근육주사하여전신마취유도를시행하였다. 기관내삽관을시행하고전신마취제 (Forane, JW Pharmaceutical, Seoul, Korea) 의흡입으로전신마취를유지하였다.

0 mm 이상의간격으로 2 개부위에트레핀버와린드만드릴을사용하여직경 8.0 mm, 깊이 4.0 mm 인원기둥모양의골결손을인위적으로형성하였다 (Fig. 2). 각군의임플란트식립위치가동등한분포를이루도록미리계획하여표준화하고, 골결손부정중앙에각각의정해진임플란트를제조사의지시대로식립하였다.

Lars Sennerby 의 On the bone tissue response to titanium implants 논문을참고하여희생시기를 1 주, 4 주, 12 주후에각각 2 마리씩희생시키고임플란트와주변골조직을포함하는경골블록을채집하여즉시포르말린에보관하여고정시켰다. 3.

3 2. 수술과정 실험동물에진정제 (Stresnil, Janssen, Titusville, USA) 와마취유도제 (Zoletil, Virbac, Carros cedex, France) 를근육주사하여전신마취유도를시행하였다. 기관내삽관을시행하고전신마취제 (Forane, JW Pharmaceutical, Seoul, Korea) 의흡입으로전신마취를유지하였다. 실험동물을측와위로눕히고수술부위인좌, 우측하지경골부위의털을모두깎고베타딘용액으로소독하였다. 수술부위는리도카인국소마취제 (Lignospan standard, Septodont, Cambridge, Canada) 로충분한국소마취를시행한후피부를절개하고근육과신경의손상이없도록근막을박리하였다. 시야가확보될수있도록근육을견인하고경골의근심부에 1 개, 원심부에 5.0 mm 이상의간격으로 2 개부위에트레핀버와린드만드릴을사용하여직경 8.0 mm, 깊이 4.0 mm 인원기둥모양의골결손을인위적으로형성하였다 (Fig. 2). 각군의임플란트식립위치가동등한분포를이루도록미리계획하여표준화하고, 골결손부정중앙에각각의정해진임플란트를제조사의지시대로식립하였다. 임플란트를중심으로골결손부내벽사이의폭 2 mm 의공간에이종골이식재를채우고 (Fig. 3) 타이타늄임플란트에지르코니아임플란트의상부구조물높이와동일한 3 mm 높이의치유지대주를체결하며흡수성차폐막으로골이식부위를 2 mm 이상충분히덮은후근육과피부를각각층상봉합하였다 (Fig. 4). Lars Sennerby 의 On the bone tissue response to titanium implants 논문을참고하여희생시기를 1 주, 4 주, 12 주후에각각 2 마리씩희생시키고임플란트와주변골조직을포함하는경골블록을채집하여즉시포르말린에보관하여고정시켰다. 3. 페리오테스트를이용한임플란트안정성분석 페리오테스트 (Periotest, Siemens AG, Munich, Germany) 는수술과정에서식립직후에한번측정하고, 식립 1 주, 4 주, 12 주후각각 2 마리씩피부를절개및박리하여다시한번측정한뒤에희생시켰다. 5 회반복측정후가장높은측정값과가장낮은측정값을제외한 3 개의평균값을측정값으로산정하였다. 4. 조직학적분석 고정, 탈수, 치환, 포매, 절단, 연마의과정을거쳐시편을만들며헤마톡실린 - 에오신 (hematoxylin-eosin) 염색을시행한후, 광학현미경 (Olympus BX, Olympus Co., Tokyo, Japan) 으로관찰하였다. 5. 조직계측학적분석 1) 골 - 임플란트접촉률 (bone to implant contact percentage, BIC) 광학현미경을이용하여이종골이식부위에서골과가장많이접촉하고있는 3 개의연속된임플란트나사산을정하고, 이와접촉되어있는골의길이를 KAPPA ImageBase Control (Olympus Co., Tokyo, Japan) 로측정하여골 - 임플란트접촉률을백분율로계산하였다. Fig. 2. Surgically prepared bone defect site. Healing abutment Membrane Xenograft materia lbone defect 4 mm 8 mm Fig. 3. Implants placed with xenograft material. Fig. 4. Schematic drawing of the titanium implant at the bone defect site filled with bovine bone. The zirconia implant was installed in the same manner without placing the healing abutment. 대한치과보철학회지 52 권 1 호, 2014 년 1 월 11

2) 골면적률 (bone area percentage, BA) 골 - 임플란트접촉률을측정한동일한임플란트나사산내에서 100 배의배율에서일정한면적내에실제골조직이차지하는골의면적을 KAPPA ImageBase Control 2.3.5 로측정하고골면적률을백분율로계산하였다. 6. 주사전자현미경관찰 주사전자현미경 (JSM-840 A, JEOL Ltd.

, Chicago, IL, USA) 을이용하여독립표본 t 검정, 분산분석, 다변량분산분석, 사후검정인 Scheffe's test 를통해신뢰구간 95% 로통계적유의성을검증하였다.

4 2) 골면적률 (bone area percentage, BA) 골 - 임플란트접촉률을측정한동일한임플란트나사산내에서 100 배의배율에서일정한면적내에실제골조직이차지하는골의면적을 KAPPA ImageBase Control 로측정하고골면적률을백분율로계산하였다. 6. 주사전자현미경관찰 주사전자현미경 (JSM-840 A, JEOL Ltd., Tokyo, Japan) 으로각군의임플란트표면을다양한배율로관찰하였다. 그리고고정이끝난조직블록은절단, 치환, 건조의과정을거쳐시편을만들며 20 nm 두께로백금도금한후에주사전자현미경으로 15 kv 에서임플란트와골조직사이의계면을관찰하였다. 7. 통계처리 SPSS Version (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 을이용하여독립표본 t 검정, 분산분석, 다변량분산분석, 사후검정인 Scheffe's test 를통해신뢰구간 95% 로통계적유의성을검증하였다. 결과 실험동물들은수술후생육기간동안어떠한감염의징후나합병증없이잘회복되었지만대조군의 1 주군임플란트, 실험 군의 4 주군임플란트에서각각 1 개씩, 총 2 개의임플란트가골유착실패및소실로실험에서제외되었다. 1. 페리오테스트를이용한임플란트안정성분석 페리오테스트측정값은식립직후에는대조군과실험군모두높은값을보였으나시간이지남에따라점차임플란트의안정성이증가하는추세를보였다 (Table 2). 이원다변량분산분석결과대조군과실험군간에유의한차이가없었다. 2. 조직학적분석 1 주차는대조군과실험군모두흡수되지않은이식재입자들 ( 화살표 ), 혈종, 염증세포들이임플란트주위로많이존재하였다 (Fig. 5). 4 주차에는대조군의골조직주위에서골양조직 (OS) 을활발하게생산하는조골세포 (OB) 와골소강을형성하며활발하게골흡수활동을하고있는파골세포 (OC) 를확인할수있었다 (Fig. 6). 실험군은대부분의임플란트나사면에서아직골조직이접촉되지않았으나 (Fig. 7) 다수의조골세포가활성화되어골기질을생산하는양상이관찰되었다. 12 주차에는대조군에서임플란트나사면에신생골이형성되었으나아직불연속적으로접촉된것을확인할수있었다 (Fig. 8). 실험군의임플란트나사면은골조직에의해많은부분둘러싸여있었으나접촉된부위는대조군에비해많지않았다 (Fig. 9). Table 2. The mean and standard deviation of Periotest value 1 week group 4 weeks group 12 weeks group 0 week 1 week 0 week 4 weeks 0 week 12 weeks Control 9.7 ± ± ± ± ± ± 2.3 Experimental 2.8 ± ± ± ± ± ± 2.7 Fig. 5. A light micrograph of the control group taken 1 week after insertion of the implant (H-E staining; 200). Bovine bone particles (arrow) were observed on the periphery of the threads. Fig. 6. A light micrograph of the control group taken 4 weeks after insertion of the implant (H-E staining; 200). Osteoclasts (OC), osteoblasts (OB), osteoid (OS). 12 대한치과보철학회지 52 권 1 호, 2014 년 1 월

Fig. 7. A light micrograph of the experimental group taken 4 weeks after insertion of the implant (H-E staining; 100) A lattice of newly formed bone was approaching the implant from the bone. Fig. 8.

Remodelling was evident by formation of Harversian systems. Fig. 9. A light micrograph of the experimental group taken 12 weeks after insertion of the implant (H-E staining; 100).

2) 골면적률시간이경과함에따라대조군과실험군모두크게증가하는 양상을보였고 (Table 4, Fig. 11) 이원배치분산분석결과대조군과실험군사이에유의성이없었다. 4. 주사전자현미경분석 1) 임플란트표면형태분석대조군인타이타늄임플란트표면은균일하고오목볼록한다공성양상을보여주었고 (Fig.

5 Fig. 7. A light micrograph of the experimental group taken 4 weeks after insertion of the implant (H-E staining; 100) A lattice of newly formed bone was approaching the implant from the bone. Fig. 8. A light micrograph of the control group taken 12 weeks after insertion of the implant (H-E staining; 100). Scattered osteocytes were surrounded by the mineralized bone matrix. Remodelling was evident by formation of Harversian systems. Fig. 9. A light micrograph of the experimental group taken 12 weeks after insertion of the implant (H-E staining; 100). In this specimen there were only minor signs of bone remodelling. 3. 조직형태계측학적분석 1) 골 - 임플란트접촉률시간에따라대조군이실험군보다많이증가하는양상을보였고 (Table 3, Fig. 10). 이원배치분산분석결과서로간에유의성이있었고특히 4 주와 12 주에서유의성이있었다 (P<.05). 2) 골면적률시간이경과함에따라대조군과실험군모두크게증가하는 양상을보였고 (Table 4, Fig. 11) 이원배치분산분석결과대조군과실험군사이에유의성이없었다. 4. 주사전자현미경분석 1) 임플란트표면형태분석대조군인타이타늄임플란트표면은균일하고오목볼록한다공성양상을보여주었고 (Fig. 12A) 실험군인지르코니아임플란트표면은일정한규칙성없이무정형의입자들이불규칙하 Table 3. The mean and standard deviation of bone to implant contact percentage Bone to implant contact (%) 1 week 4 week 12 week Control group 0.54 ± ± ± Experimental group 1.45 ± ± ± Table 4. The mean and standard deviation of bone area percentage Bone area (%) 1 week 4 week 12 week Control group 0.66 ± ± ± Experimental group 3.04 ± ± ± 8.07 Bone to implant contact (%) * * Control group Experimental group Bone area (%) Control group Experimental group 0 1 week 4 weeks 12 weeks Time (week) Fig. 10. Bone to implant contact percentage of each group. * represents significant difference between groups (P<.05). 0 1 week 4 weeks 12 weeks Time (week) Fig. 11. Bone area percentage of each group. 대한치과보철학회지 52 권 1 호, 2014 년 1 월 13

A B Fig. 12. Scanning electron micrographs of the implant surface ( 10,000). A: The rough surface with regular sized pores on titanium.

Scanning electron micrographs of the interface between bone and implant surface at 12 weeks (A: control group, 10,000, B: experimental group, 2,000).

2) 골 - 임플란트계면분석 4 주차에서는대조군은골조직이일부에서임플란트표면과접촉하는양상을보인반면실험군은대부분접촉을이루지않고사이에좁은빈공간이존재하였다. 12 주차에서대조군은계면사이에골형성과관련된콜라겐섬유가관찰될정도로임플란트표면위에골침착이활발하였고 (Fig.

1 심미적인장점을가지는지르코니 아임플란트가주로사용되는전치나소구치부위는대부분치조제의양과질이좋지않거나발치후즉시임플란트를식립하는과정이선호되므로발치후에발치와의외형을보존하고임플란트주변의골결손을치료하는골유도재생술 (GBR) 을동반하는방법이적절하며차폐막과골전도성골이식재를같이사용하는것이추천된다.

6 A B Fig. 12. Scanning electron micrographs of the implant surface ( 10,000). A: The rough surface with regular sized pores on titanium. B: The surface with amorphous irregular crystal microstructure on zirconia. A B Fig. 13. Scanning electron micrographs of the interface between bone and implant surface at 12 weeks (A: control group, 10,000, B: experimental group, 2,000). A: collagen fiber (CF), titanium implant (Ti), bone (B), B: zirconia implant (Zr). 고거칠게산재된모습을보여주었다 (Fig. 12B). 2) 골 - 임플란트계면분석 4 주차에서는대조군은골조직이일부에서임플란트표면과접촉하는양상을보인반면실험군은대부분접촉을이루지않고사이에좁은빈공간이존재하였다. 12 주차에서대조군은계면사이에골형성과관련된콜라겐섬유가관찰될정도로임플란트표면위에골침착이활발하였고 (Fig. 13A) 실험군도많은부분에서밀접한접촉을이루고있었다 (Fig. 13B). 고찰 최근에는지르코니아가다른세라믹재료보다기계적성질이뛰어나고주변조직과생체적합성이우수하며치아와유사한색상과투과성을지니고있어서타이타늄을대체할수있는재료로소개되고있다. 1 심미적인장점을가지는지르코니 아임플란트가주로사용되는전치나소구치부위는대부분치조제의양과질이좋지않거나발치후즉시임플란트를식립하는과정이선호되므로발치후에발치와의외형을보존하고임플란트주변의골결손을치료하는골유도재생술 (GBR) 을동반하는방법이적절하며차폐막과골전도성골이식재를같이사용하는것이추천된다. 7 본연구에서는골전도성이우수한대표적인이종골이식재인우골과부가적인제거수술이필요없는흡수성차폐막을사용하였다그리고예전의동물연구에서 GBR 과함께임플란트를식립하고골 - 임플란트접촉률을측정하였을때와유사한결과를보였다. Neugebauer 등 11 은미니피그의하악에발치후인위적으로형성한골결손에서 SLA (sandblasted and acid-etched) 타이타늄임플란트를식립하고다양한골이식재를적용하였을때하중이가해지는조건에서 4 개월후에 14-17% 의골 - 임플란트접촉률을보고하였다. 본연구에서는해부학및생리학적으로인간과유사하고비용측면에서경제적이며많은수의실험동물의희생을필요로 14 대한치과보철학회지 52 권 1 호, 2014 년 1 월

7 하지않는윤리적인이유에서돼지를선택하였다. 12 돼지의 1 일골재생률은 μm로서 μm인개보다인간의 μm에더가까우므로임상전실험동물로서매우가치가있다. 11 이번연구에이용된돼지의경골은치조골만큼치밀하고강하며넓은영역에걸쳐일정한골형상을유지하여임플란트식립부위의골특징이특별한경우가많지않으므로실험모델의표준화에유리하다고사료된다. 또한인위적으로형성된골결손부위의형태나크기와같은인자들이조직학적결과에영향을미칠수있으므로서로 5 mm 이상떨어진채로골결손을형성하였고 13 임플란트와골결손변연사이의주변틈새는 1 mm 이상의골결손의너비가존재할때골조직의치유결과가의미가있다는연구를참조하여 2 mm 의너비를유지하였다. 14 본연구의페리오테스트측정값은대조군과실험군사이에유의한차이가나타나지않았다. Park 등 10 은페리오테스트검사의유효성에대한정량화된분석이어렵고, 페리오테스트한가지방법만으로임플란트안정성의평가가어렵다는문제를지적하였다. 따라서위의결과에서유의성의없음이단적으로대조군과실험군사이에차이가없음을시사한다고보기는어렵다고사료된다. 지르코니아와타이타늄임플란트의골반응을비교한이전의연구들은대부분지르코니아가타이타늄과비슷하거나조금떨어지는골반응을보고하고있다. Schultze-Mosgau 등 15 의연구에서미니피그의하악에표면처리하지않은지르코니아와타이타늄콘을식립하고 6 개월후에골 - 임플란트접촉률을비교하였을때서로간에유의한차이를나타내지않았다고하였고, Kohal 등 3 은원숭이의상악에임플란트를식립하고하중이있는조건에서 5 개월후에골 - 임플란트접촉률을분석한결과, SLA 타이타늄임플란트가 73% 를나타내어샌드블라스팅한지르코니아임플란트의 68% 보다더높게나타났다고보고하였다. 위의연구들에서식립후 4 주에서 10 개월후에평가된지르코니아임플란트의평균골 - 임플란트접촉률은거의모든실험군에서평균 60% 이상으로이는성공적인골유착을의미한다. 본연구결과의조직계측학적분석수치와많은차이를보이는이유는골결손의유무, 평가기간의차이, 표본수의차이, 골질의차이, 서로다른실험동물과수술부위때문으로사료된다. 본연구의상용타이타늄임플란트의표면처리에사용된양극산화법은산화막의물리적성질과생물학적인성질을개선시킬수있는매우유용한표면처리방법 16 이다. 반면샌드블라스팅한지르코니아임플란트의표면은이에비해상당히낮은표면거칠기를가지고있다. Gahlert 등 17 은원자력간현미경 (atomic force microscope) 을이용하여측정한평균표면거칠기에서샌드블라스팅한지르코니아임플란트는 0.56 μm로 SLA 타이타늄임플란트의 1.15 μm보다절반에가깝게낮았고표면처리하지않은지르코니아임플란트의 0.13 μm보다조금높게나왔다고보고하였다. 표면거칠기는타이타늄임플란트뿐만아니라지르코니아임플란트의골유착이나생역학적안정성에 중요한영향을미치므로더많은표면처리의개선이필요하다. Langhoff 등 5 은양의골반에서각기다양한종류의표면처리를시행한타이타늄임플란트들과 SLA 지르코니아임플란트의골 - 임플란트접촉률을 2 주후에비교한결과 77% 의지르코니아임플란트가 57-61% 의타이타늄임플란트들보다높은골 - 임플란트접촉률을나타냈다고보고하였고, Schliephake 등 18 은미니피그의하악에서산부식으로표면처리한지르코니아표면은샌드블라스팅한표면보다유의성있게더높은표면거칠기를나타냈고타이타늄은지르코니아보다유의성있게더높은표면거칠기를보였으며식립 13 주후의골 - 임플란트접촉률에서타이타늄임플란트가다른두지르코니아임플란트보다유의성있게높았다고보고하였다. 타이타늄과지르코니아는재료기질의생체친화성에서크게차이가나지않으므로이들표면위의골형성과관련한세포들의활동은재료의유형보다표면거칠기가크게영향을미칠수있다. 19 재료의거친표면은유사조골세포의부착, 증식, 분화, 기질생성, 광화에유리하다. 20,21 표면을거칠게처리한임플란트는그표면위에직접적인골침착을보여주지만표면처리하지않은임플란트는인접한골조직으로부터신생골의내적성장에의해결합되는양상을보인다. 22 본연구에서도거친표면을가진타이타늄임플란트는표면상에직접일어나는골형성으로높은골 - 임플란트접촉률을보인반면상대적으로부드러운표면을가진지르코니아임플란트는임플란트표면보다주변골조직에서성장하는신생골에의해높은골면적률을보였다. 본연구에서조직학적으로지르코니아가타이타늄과유사한골유착과정을보임에도불구하고지르코니아임플란트의골 - 임플란트접촉률이타이타늄임플란트보다유의하게낮은이유는재료의고유한성질때문이아니라임플란트의표면성상과낮은표면거칠기가골유착에영향을미쳤던것으로사료된다. 추가적으로지르코니아임플란트의제조와세척과정에서샌드블라스팅에의해남은알루미나입자의오염이임플란트표면의골침착을저하시켰을가능성도있다고생각된다. 결론 지르코니아임플란트는돼지경골에서 GBR 을통한이종골이식을시행하였을경우, 골유착의기계적안정성과주변골조직에서성장하여형성되는골면적의양에대해서는타이타늄임플란트와유의한차이가없었으나임플란트표면에골조직이직접침착하는과정은타이타늄임플란트보다유의하게느리게진행되는양상을보였다. 따라서차폐막을이용한이종골이식을동반하는경우본실험에사용된지르코니아임플란트의골 - 임플란트접촉률은양극산화표면처리를한타이타늄임플란트에크게미치지못하므로지르코니아임플란트의실용화를위해서는표면처리방법등에대한지속적인연구를통한개선이필요하다고사료된다. 대한치과보철학회지 52 권 1 호, 2014 년 1 월 15

8 References 1. Piconi C, Maccauro G. Zirconia as a ceramic biomaterial. Biomaterials 1999;20: Scarano A, Di Carlo F, Quaranta M, Piattelli A. Bone response to zirconia ceramic implants: an experimental study in rabbits. J Oral Implantol 2003;29: 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: Song YS, Cho IH. Surface characteristics and stability of implants treated with alkali and heat. J Korean Acad Prosthodont 2008; 46: 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: Nyman S. Bone regeneration using the principle of guided tissue regeneration. J Clin Periodontol 1991;18: Hämmerle CH, Olah AJ, Schmid J, Flückiger L, Gogolewski S, Winkler JR, Lang NP. The biological effect of natural bone mineral on bone neoformation on the rabbit skull. Clin Oral Implants Res 1997;8: Lim JH, Lim JH, Lim HS, 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 Implantol 2001;5: Hämmerle CH, Jung RE, Yaman D, Lang NP. Ridge augmentation by applying bioresorbable membranes and deproteinized bovine bone mineral: a report of twelve consecutive cases. Clin Oral Implants Res 2008;19: Park C, Lim JH, Cho IH, Lim HS. A study on the measurement of the implant stability using resonance frequency analysis. J Korean Acad Prosthodont 2003;41: Neugebauer J, Iezzi G, Perrotti V, Fischer JH, Khoury F, Piattelli A, Zoeller JE. Experimental immediate loading of dental implants in conjunction with grafting procedures. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2009;91: Wang S, Liu Y, Fang D, Shi S. The miniature pig: a useful large animal model for dental and orofacial research. Oral Dis 2007; 13: Jang ES, Park JW, Kweon H, Lee KG, Kang SW, Baek DH, Choi JY, Kim SG. Restoration of peri-implant defects in immediate implant installations by Choukroun platelet-rich fibrin and silk fibroin powder combination graft. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2010;109: Akimoto K, Becker W, Persson R, Baker DA, Rohrer MD, O'Neal RB. Evaluation of titanium implants placed into simulated extraction sockets: a study in dogs. Int J Oral Maxillofac Implants 1999;14: Schultze-Mosgau S, Schliephake H, Radespiel-Tröger M, Neukam FW. Osseointegration of endodontic endosseous cones: zirconium oxide vs titanium. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2000;89: Lee SH, Cho IH. Surface characteristics and bioactivity of anodically oxidized titanium surfaces. J Korean Acad Prosthodont 2007;45: Gahlert M, Gudehus T, Eichhorn S, Steinhauser E, Kniha H, Erhardt W. Biomechanical and histomorphometric comparison between zirconia implants with varying surface textures and a titanium implant in the maxilla of miniature pigs. Clin Oral Implants Res 2007;18: 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: Yamashita D, Machigashira M, Miyamoto M, Takeuchi H, Noguchi K, Izumi Y, Ban S. Effect of surface roughness on initial responses of osteoblast-like cells on two types of zirconia. Dent Mater J 2009;28: 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: Nishimoto SK, Nishimoto M, Park SW, Lee KM, Kim HS, Koh JT, Ong JL, Liu Y, Yang Y. The effect of titanium surface roughening on protein absorption, cell attachment, and cell spreading. Int J Oral Maxillofac Implants 2008;23: Rocchietta I, Fontana F, Addis A, Schupbach P, Simion M. Surface-modified zirconia implants: tissue response in rabbits. Clin Oral Implants Res 2009;20: 대한치과보철학회지 52 권 1 호, 2014 년 1 월

9 ORIGINAL ARTICLE 김성원 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 연구목적 : 본연구에서는외과적으로형성한골결손부에이종골이식과함께식립한지르코니아임플란트의골유착에대한기계적안정성과조직학적반응을타이타늄임플란트와비교하고자하였다. 연구재료및방법 : 6 마리돼지의경골에인위적으로형성한골결손부위에대조군인 18 개의상용타이타늄나사형임플란트와실험군인 18 개의샌드블라스팅한지르코니아 (Y-TZP) 나사형임플란트를각각식립하고차폐막을이용하여이종골을이식하였으며 1 주, 4 주, 12 주후에각각 2 마리씩희생시켜조직시편을제작하였다. 식립직후와식립 1 주, 4 주, 12 주후에각각페리오테스트를이용하여임플란트의안정성을측정하였고, 광학현미경으로조직학적관찰과조직계측학적분석을하였으며주사전자현미경으로임플란트의표면특성과골 - 임플란트계면을관찰하였다. 결과 : 페리오테스트를이용한임플란트안정성분석결과, 대조군과실험군사이에유의한차이가없었고, 조직학적분석결과, 각군모두 4 주에이식골의재흡수와조골세포의활발한활동에의해신생골이형성되기시작하였다. 골 - 임플란트접촉률분석결과, 대조군과실험군사이에유의한차이가있었으며 (P<.05), 특히 4 주와 12 주에서실험군과대조군사이에 2 시점에서유의한차이를보였다 (P<.05). 골면적률분석결과, 대조군과실험군사이에유의한차이가없었다. 주사전자현미경관찰결과, 대조군은균일한다공성의거친표면을나타냈고실험군은무정형입자들이불규칙하게산재된표면을보여주었다. 각군모두 4 주에임플란트표면과골조직사이에빈공간이관찰되었고 12 주에는일부공간에서골조직으로채워진양상을보였다. 결론 : 차폐막을이용한이종골이식을동반하는경우본실험에사용된지르코니아임플란트의골 - 임플란트접촉률은양극산화표면처리를한타이타늄임플란트에크게미치지못하므로지르코니아임플란트의실용화를위해서는표면처리방법등에대한지속적인연구를통한개선이필요하다고사료된다. ( 대한치과보철학회지 2014;52:9-17) 주요단어 : 지르코니아 ; 이종골이식 ; 골 - 임플란트접촉률 ; 골면적률 * 교신저자 : 조인호 충청남도천안시신부동산 7-1 단국대학교치과대학보철학교실 : , cho8511@dku.edu 원고접수일 : 2013 년 10 월 25 일 / 원고최종수정일 : 2013 년 11 월 14 일 / 원고채택일 : 2014 년 1 월 3 일 c 2014 대한치과보철학회 cc 이글은크리에이티브커먼즈코리아저작자표시-비영리 3.0 대한민국라이선스에따라이용하실수있습니다. 대한치과보철학회지 2014 년 52 권 1 호 17

ORIGINAL ARTICLE 돼지의경골에식립된지르코니아임플란트의골유착에관한연구 김이경 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 Osseointegration of zirconia impl

ORIGINAL ARTICLE 돼지의경골에식립된지르코니아임플란트의골유착에관한연구 김이경 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 Osseointegration of zirconia impl ORIGINAL ARTICLE http://dx.doi.org/10.4047/jkap.2013.51.3.190 김이경 조인호 * 단국대학교치과대학치과보철학교실 Osseointegration of zirconia implant in the tibia of pigs Lee-Kyoung Kim, DDS, MSD, PhD, In-Ho Cho*, DDS, MSD, PhD