REVIEW ARTICLE 지르코니아의생체적합성과임플란트로서의생체활성에대한연구 : In vivo 실험문헌고찰 서다원 1 김영균 2 이양진 3 * 1 서울대학교치의학대학원, 2 분당서울대병원구강악

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태임 당
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1 REVIEW ARTICLE 지르코니아의생체적합성과임플란트로서의생체활성에대한연구 : In vivo 실험문헌고찰 서다원 1 김영균 2 이양진 3 * 1 서울대학교치의학대학원, 2 분당서울대병원구강악안면외과, 3 분당서울대병원치과보철과 A review of biocompatibility of zirconia and bioactivity as a zirconia implant: In vivo experiment Da-Won Suh 1, Young-Kyun Kim 2, Yang-Jin Yi 3 * 1 School of Dentistry, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea 2 Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Seoul National University Bundang Hospital, Seongnam, School of Dentistry, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea 3 Department of Prosthodontics, Seoul National University Bundang Hospital, Seongnam, School of Dentistry, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea Increasing demands for esthetic dental treatment, zirconia, which has high mechanical and esthetic properties, had been applied more and more in clinics. Therefore, assessment of biocompatibility of zirconia is necessary. In this article, a review of in vivo studies of zirconia compatibility was performed. In vivo studies showed zirconia had great biocompatibility both on soft and hard tissue. Studies with various animals and patients reported high biocompatibility of zirconia. In terms of bone synthesis and bone adhesion, zirconia showed similar biocompatible properties to titanium. On the other hand, zirconia could be used as implant. For using as an implant, various methods of Hydroxyapatite (HA) coating had been suggested. Since HA coating on titanium implant showed some problems such as low bonding strength and degeneration of HA, HA-zirconia composite, HA-coated zirconia, and HA-zirconia functionally graded material (FGM) or intermediate layer of alumina had been proposed. These methods showed higher bonding strength and biocompatibility. (J Korean Acad Prosthodont 2019;57:88-94) Keywords: Bioactivity; Biocompatibility; HA coating; Implant; Zirconia 서론 치과영역에서도재를활용한것은 1774 년 Duchateau 가도재인공치아를처음으로제작하면서부터이다. 1 지르코니아는 1969 년 Helmer 와 Driskell 에의해처음으로의료영역에의활용이제기되었다. 2 이들은고관절의보철물로사용되던알루미나및티타늄을대신할재료로지르코니아를제시하였다. 이후심미에대한요구가늘어나면서지르코니아를이용한수복의범위가점 점확장되고여러치과의심미수복영역에서지르코니아가광범위하게이용되어왔다. 이러한시대적요구에따라지르코니아가수복에적합한지를평가하기위해, 지르코니아의연조직, 경조직에대한생체적합성을평가하는것은중요한주제라할수있다. 이번논문에서는현재까지연구된지르코니아의생체적합성과생체활성에관한연구를 in vivo study 중심으로고찰하였다. 크게연조직에대한생체적합성, 경조직에대한생체적합성으로나누어기술하였으며, 세균부착에대한평가를정리하였다. *Corresponding Author: Yang-Jin Yi Department of Prosthodontics, Seoul National University Bundang Hospital, 82 Gumi-ro 173-gil, Bundang-gu, Seongnam 13620, Republic of Korea +82 (0) : , navydent@snubh.org Article history: Received September 19, 2018 / Last Revision November 13, 2018 / Accepted November 28, 2018 c 2019 The Korean Academy of Prosthodontics cc This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 88 pissn , eissn

2 최근에는지르코니아의우수한생체적합성에착안하여지르코니아를임플란트지대주 (abutment) 나수복물뿐아니라임플란트 (implant) 로활용하고자하는시도도상당히진행되고있다. 이에, 지르코니아의생체활성을높여임플란트로활용하기위한다양한표면처리방법에대해서도살펴보았다. 재료및방법 지르코니아의생체적합성에대해 Pubmed 및 Google scholar 에서 zirconia, biocompatibility 를 keyword 로검색하여전체문헌을이용가능한경우 (full text available) 로한정하여연구를진행하였다. 해당논문의 related citation 목록에서필요한경우문헌을추가하여연구를진행하였다. 고전적인 in vivo 연구를포함시기기위해서발간연도는한정하지않았다. 결과및고찰 1. 연조직에대한생체적합성 다양한동물및환자의임상실험을통해지르코니아의생체적합성이확인되었다. Garvie 등 3 은 20 마리의토끼성체의 paraspinalis muscle 에 Mg-PSZ (partially stabilized zirconia) implant 를식립하여조직반응을관찰하였다. 대조군으로서 sham operation ( 임플란트식립없이절개만시행 ) 을한경우와비교하였으며, 식립후 1 주, 1 달, 3 달, 6 달뒤에조직반응을살펴보았다. 실험결과, Mg-PSZ implant 에의한어떠한연조직부작용이발견되지않았다. Hulbert 등 4 이수행한토끼를이용한실험도동일한결과를도출하였다. 연구진은 CaO- 알루미나, CaO- 티타늄, CaO- 지르코니아시편을각각다공성구조및일반구조디스크로준비하여, 해당시편들의생체적합성을실험하였다. 각시편은토끼의근육및결합조직에식립되었고, 1 주, 3 달, 6 달, 9 달뒤에조직반응을관찰하였다. 모든시편에대해감염, 염증등의조직부작용은관찰되지않았으며, 다공성구조를가진경우더빠른조직접촉을이루는것이관찰되었다. 토끼의연조직외에도쥐의연조직을이용한 in vivo 실험에대해서도지르코니아는뛰어난생체적합성을보였다. Christel 등 5 은 Y-PSZ 를이용하여원통형의시편을제작하여생체적합성을살펴보았다. 이들은쥐의 paraspinal muscle 에 Y-PSZ 시편을식립하고, 12 주뒤에조직반응을살펴보았다. 대조군으로사용한알루미나시편식립과비교해서, 연조직막의두께, 세포의분포등에서차이가발견되지않았다. Y-PSZ 의생체적합성및장기간안정성을보기위하여 Ichikawa 등 6 은쥐의피하조직에 Y-PSZ 임플란트를식립하였다. 식립 12 개월후에조직학적변화를관찰한결과, 지르코니아임플란트는 80 μm 미만의얇은섬유성조직으로완전히둘러싸인것이관찰되었다. 식립한임플란트의전후무게를비교하고, 3 점굽힘실험을진행한결과, 무게나굽힘강도에있어서변화가없었다. Ichikawa 연구진은임플란트가연조직상에서높은생체적합 성을가질뿐아니라장기간안정적인물질이라고결론을내렸다. 동물뿐아니라실제환자에서진행된임상연구에서도지르코니아의생체적합성이확인되었다. Bianchi 등 7 은티타늄임플란트의점막관통부위를지르코니아로대체하는디자인을제시하였다. 이를통해지르코니아가제공하는높은연조직적합, 적은세균침착, 높은심미성을티타늄임플란트로도이용할수있다고주장하였다. 이러한특징을확인하기위해지르코니아변연의티타늄임플란트를환자에게식립한경우, 일반적인임플란트보다더낮은치주염점수를보였다. 또한, human fibroblast, osteoblast-like cell 을이용한 in vitro 실험을진행하여확인한결과, 세포의부착및증식이지르코니아변연을가진임플란트에서뛰어난것이확인되었다. Degidi 등 8 은티타늄과지르코니아의 healing caps 에대한조직반응을면역화학법을이용해심층적으로분석하였다. 5 명의환자 ( 남성 3 명, 여성 2 명 ) 을대상으로일반적인티타늄임플란트를식립한후에, 절반은일반적인티타늄의 healing caps 를나머지절반은지르코니아의 healing caps 를이용하였다. 6 개월뒤치은조직을조직검사하여비교하였다. 그결과, 미세혈관밀도, NOS1(nitric oxide synthase 1), NOS3(nitric oxide synthase 3), VEGF(vascular endothelial growth factor) 모두티타늄의 healing caps 에서더높은것으로나타났다. 이러한지표는지르코니아의 healing caps 가상대적으로세균부착및염증반응이적기때문에나타난것으로해석된다. 이처럼대다수의연구에서다양한동물의연조직에대해지르코니아는높은생체적합성을보였다. 환자에서이루어진임상연구에서지르코니아를이용할경우연조직세포의부착및증식이증가하며, 염증반응이적게일어났음이확인되었다. 이러한결과는임플란트의지대주로지르코니아를사용했을때, 티타늄보다더뛰어난임상적성공률을보여줄것을시사한다. 2. 세균부착에대한평가 임플란트주변의골흡수는재료의세균플라그형성정도와관련이있다. 따라서실제환자의구강내환경에서지르코니아의세균부착정도를파악하는것이중요하다. Scarano 등 9 은동일한표면거칠기를가진티타늄과지르코니아에대해세균플라그형성정도를비교하였다. 10 명의피실험자의소구치및대구치의협면에티타늄및지르코니아시편을부착하였으며, 24 시간뒤에 SEM 을통해각시편의세균부착면적을비교하였다. 실험결과지르코니아 (12.1%) 는티타늄 (19.3%) 보다세균이덜부착되는것으로나타났다 (P =.0001). 이러한실험결과는지르코니아가임플란트지대주로사용되었을경우티타늄보다더좋은치주반응을보일것이라는점을시사한다. Rimondini 등 10 의실험역시비슷한결과를보였다. 앞의실험과유사하게지르코니아와티타늄시편을피실험자에게부착한후, 초기세균부착정도를 SEM 으로평가하였다. 그결과지르코니아가티타늄보다세균이덜부착되는것을확인하였다. 대한치과보철학회지 57 권 1 호, 2019 년 1 월 89

3 3. 경조직에대한생체적합성 경조직에대해서도지르코니아의높은생체적합성이보고되고있다. Scarano 등 11 은 5 마리의토끼성체를이용해지르코니아임플란트의생체적합성을실험했다. 각각토끼의 tibia 에 4 개의임플란트를식립했으며, 식립 4 주후조직반응을관찰하였다. 그결과, 지르코니아와접촉한신생골의생성및 osteoblast 의존재를확인하였다. 신생골의접촉비율은 68.4% 였으며염증반응은관찰할수없었다. 이실험을통해지르코니아의생체적합성및 osteoconduction 을확인할수있다. Sennerby 등 12 은지르코니아의표면처리가신생골합성에미치는영향을살펴보았다. 20 마리의토끼의 tibia 에임플란트를식립하고, 6 주뒤에조직반응을살펴보았다. 실험에는티타늄및지르코니아임플란트를사용하였다. 지르코니아임플란트의경우는일반적인지르코니아와 pore-former 를이용하여표면거칠기를높인지르코니아, 두가지를이용하였다. 모든경우에신생골의생성정도에차이가없었다. 일반지르코니아임플란트는티타늄임플란트보다낮은제거토크를보였지만, 표면거칠기를높인지르코니아임플란트는티타늄과차이가없었다. Piconi 등 13 은토끼를이용하여 zirconia aging 의효과를실험하였다. 조직에서의화학반응을높여 aging 을가속시키기위해, Y-TZP (tetragonal zirconia polycrystal) 시편을연마하지않고토끼의 quadriceps muscle, femur notch, tibia 에식립하였다. 6 개월뒤, 조직반응을살펴본결과신생골의합성을확인할수있었으며, 어떠한조직부작용도관찰할수없었다. 이처럼토끼를이용한 in vivo 실험에서지르코니아임플란트의뛰어난생체적합성을확인할수있었으며, 티타늄임플란트에준하는신생골생성및뼈의부착을관찰할수있었다. 토끼외에도다양한실험동물에서지르코니아임플란트의경조직에대한생체적합성을확인할수있었다. Akagawa 등 14 은 Y-PSZ 임플란트를 4 마리의 beagle dogs 에심어서생체적합을관찰하였다. Y-PSZ 임플란트는하중 group, 비하중 group 으로나뉘어실험되었다. 식립 1 달, 2 달, 3 달후 plaque index, gingival index, cervical fluid volume unit, probing depth 등의임상적인결과를살펴보았으며, 마지막으로시편을만들어조직학적으로분석하였다. 임상적인결과값은하중, 비하중 group 이동일하였으며, 두 group 모두시편상에서직접적인신생골부착이확인되었다. 하지만하중 group 에서치조골의소실이더큰것으로나타났다. Schultze-Mosgau 등 15 의미니피그를대상으로한실험도유사한결과를도출하였다. 각각 20 개의지르코니아및티타늄임플란트를 Gottinger minipig 에식립하였으며, 6 개월뒤에시편을제작하여조직학적으로관찰하였다. 미니피그에형광마커를주입한뒤, 형광현미경으로조직시편을살펴보면신생골의형성패턴을파악할수있다. 이를통해신생골형성을살펴본결과, 지르코니아와티타늄임플란트사이에는차이가발견되지않았다. 임플란트표면의뼈접촉과섬유성조직접촉의비율을비교하면, 지르코니아가 1.47 (SD 1.12), 티타늄이 0.95 (SD 1.10) 로유의미한차이가나타났다 (P =.02). 이는지르코 니아표면에서더많은 bony healing 이발생했음을의미한다. Warashina 등 16 은쥐의 calvarial bone 을알루미나, 지르코니아, 고밀도 polyethylene(high density polyethylene, HDP), 티타늄합금으로대체하였을때조직반응을관찰하였다. 식립한지 1 주일후에조직시편을얻어, 염증매개요소와골흡수를평가하였다. 염증반응, 골흡수에대해알루미나, 지르코니아는 negative control 과차이가없었으며, HDP, 티타늄합금보다더낮았다. 이처럼다양한동물에서경조직에대한지르코니아임플란트의생체적합성이보고되었다. 이러한결과는임플란트재료로서지르코니아가티타늄을대체할수있음을시사한다. 4. 지르코니아임플란트의표면처리와생체활성 높은생체활성및생체적합성을가지는 hydroxyapatite (HA) 를임플란트에활용하고자하는시도는오래전부터계속되어왔다. 그일환으로기존의티타늄임플란트에 HA 를코팅하는시도역시이루어졌다. 하지만많은경우, HA 코팅을금속제임플란트에시행하는것은낮은결합강도및조성변화가문제가되었다. MacDonald 등 17 은 HA-coated 티타늄임플란트의임상적안정성에대해실험하였다. 환자에게총 53 개의 HA- coated 티타늄임플란트를식립하였으며, 이중에서동요도, 방사선학적병소등의이유로 45 개의임플란트가제거되었다. 제거된임플란트를 SEM 으로관찰한결과, 시간이지날수록 HA 의코팅층이점점얇아지는것이관찰되었다. XRD 및 electron spectroscopy 분석에서는 HA 가무정형인산칼슘, TCP (β-tricalcium phosphate) 등으로변성된것이관찰되었으며, bulk coating chemical analysis 에서는 Ca/P 비율이높아진것이관찰되었다. 이러한지표들은티타늄의 HA coating 이시간에따라변성되고소실되었다는점을의미한다. 위와같은이유로, 높은생체활성을가진 HA 를안정적으로사용하고자티타늄임플란트대신지르코니아임플란트를이용하는방법이제시되고있다. HA 를지르코니아임플란트에활용하는방법은크게두가지가있다. 첫째는 HA-based composite 로 HA 를주재료로하고 powder, platelet, fiber 의형태로다른물질을첨가하는방식이다. Kong 등 18 은이러한방식으로 composite 를제작한경우, 순수 HA 를사용한경우보다강도와파괴인성이 3 배증가하였다고보고했다. 또한, Kong 등 19 은 HA-based 지르코니아임플란트를토끼의 tibia 에식립하였을때, 순수티타늄임플란트의제거토크보다 2 배증가하였다고보고했다. 하지만, HA-based composite 의문제점중하나는 HA 가첨가된물질과반응하여과량의 TCP 상으로변화한다는점이다. TCP 상은 HA 에비해매우빠르게체액에녹아임플란트의재료로사용하기에는부적합하다. 하지만, HA 와 TCP 의 biphasic calcium phosphate (BCP) 가뼈재생을빠르게하고, 더높은강도를가지는것으로도보고되고있다. 20 따라서 TCP 의생성량을적절히조절할수있다면좋겠지만 HA-based composite 는이러한조절이어려운단점이있다. 90 대한치과보철학회지 57 권 1 호, 2019 년 1 월

4 또다른방법으로 HA-added composite 가제시되고있다. 기계적강도가좋은지르코니아등을주재료로하여 HA 를첨가하는방식이다. Kong 등 21 은지르코니아 80 wt% + 알루미나 20 wt% (ZA) 의 nano-composite 에 HA 를첨가한, HA-added ZA nano-composite 를제작하였다. HA 의함량이증가할수록 (10-40%), 굽힙강도가떨어지지만 MG63 세포의증식및 HOS (human osteoblastic cell line) 세포의 ALP 활성도가증가하는것으로나타났다. 임플란트가요구하는기계적, 생물학적기준에맞추어 HA 농도를조절한다면 HA-added ZA nano-composite 가유용할것으로생각된다. 또한, XRD 검사결과 HA 의농도에상관없이적절한 TCP 의양이생성되었다. HA-added ZA nanocomposite 의경우반응이일어날수있는표면적이한정되어 TCP 의생성이조절된다고생각된다. Silva 등 22 의연구는 HA- 지르코니아 composite 의생체적합성에대해힘을실어주었다. Silva 연구진은지르코니아, HA 및지르코니아 -HA composite 의분말의생체적합성을살펴보았다. Near-confluent monolayers of cell line L-929 을각각의분말과함께 24 시간배양한뒤세포독성여부를관찰하였다. 모든경우에서세포독성, 세포변형등의이상이관찰되지않았다. 더나아가생체적합성을 in vitro 뿐아니라 in vivo 에서도살펴보았다. 20 마리의알비노쥐를대상으로분말을주입한결과, 피부의염증반응이나급성독성반응이나타나지않았다. HA 를효과적으로이용하기위한또다른접근방법으로기존의지르코니아임플란트에 HA 를코팅하는방식이연구되고있다. Torricelli 등 23 은지르코니아및알루미나에생체활성이있는 silica-based glass 인 RKKP (A. Ravaglioli, A. Krajewski, M. Kirsch, A. Piancastelli) 를코팅한분말을통해실험하였다. 쥐의 femoral condyle 의해면골에서 fresh rat osteoblast 를채취하여, RKKP 코팅이있는지르코니아및알루미나와코팅이없는경우의생체적합성을비교하였다. 또한 MTT assay 를통해세포증식을관찰하고, ALP 활성을통해세포분화정도를관찰하였다. 코팅의여부와관계없이세포증식은단순배지배양과유사하였으며, 세포분화에대해서는 RKKP 를코팅한시편에서크게증가하였다. 모든시편이적절한생체적합성을지녔으며, RKKP 는세라믹의생체활성에기여하는것으로보인다. Kim 등 24 은기존의 powder-based slurry 를통해 HA 를 zirconia 에코팅할경우발생하는낮은결합강도를지적하였다. 대안으로 HA 에 phosphate-based glass (P-glass) 를혼합하여표면에소결하는방법을제시하였다. 소결된표면을 XRD 검사한결과 HA, TCP, DCP (dicalcium phosphate), 3 가지의 CaP 상이모두관찰되었으며, 순수한 HA 를코팅한경우보다표면결합강도가 60-80% 증가하였다. HOS cell line 을이용해세포증식을관찰한결과, 배양 2 일및 5 일이후코팅하지않은지르코니아, 순수 HA 코팅, HA/P-glass 코팅모두차이를보이지않았다. 하지만 ALP 활성을통해본세포분화는코팅하지않은경우보다 HA/ P-glass 코팅이더높았으며, 순수 HA 코팅한경우와유사하였다. 종합하면 P-glass 를 HA 와함께포함시켜코팅처리하면순 수 HA 코팅수준의생체적합성과동시에더향상된기계적성질을얻을수있었다. 이처럼 HA 는고유의낮은기계적성질로인해단독으로사용하기는어렵다, 따라서지르코니아와같이우수한기계적강도를가진재료에표면처리를하는방식으로다양하게연구되어왔다. 하지만더높은결합강도를위해처리방식을변화시켜도, HA 와지르코니아의계면에서발생하는급격한기계적특성의변화는계면사이의결합강도를약화시키는큰원인이된다. 이를해결하기위해등장한개념이 functionally graded material (FGM) 이다. FGM 은 coating 물질의조성에경사를주는것으로, 자연골이가지고있는형태를모사한방식이다. FGM 은안쪽으로갈수록점점 zirconia 의기계적물성에유사해지도록하여계면에서의급격한물성의변화를방지한다. 이를통해계면에서발생하는결함을최소화할수있다. Guo 등 25 은 HA 와지르코니아의 vol % 가표면에서내부로가면서서서히변화하도록설계하여 FGM 를제작하였다. Guo 연구진은 spark plasma sintering (SPS) 라는기술을통해 HA/Y-PSZ FGM 을제작하였으며, 소결조건은 1200 도, 5 분이었다. 이러한소결조건에서 HA 의상변이혹은 Y-PSZ 의단사정상으로의상변이없이안정적인 FGM 형성이가능하였다. 이와같이형성한 HA/Y-PSZ 의 FGM 은순수 HA 를사용했을때보다더큰기계적성질을가지게되었다. Quan 등 26 은위와같은 HA- 지르코니아 FGM 의생체적합성을평가하였다. 지르코니아로 Y-PSZ 를사용하였으며, 지르코니아 green body 표면에서부터 HA 의 wt% 를 30, 50, 70, 100% 로높여가며 graded composite 를제작하였다. 이렇게제작한시편을 RPMI-1640 배지에 1.0 g/5 ml 로투여하고, 37 도에서 72 시간동안방치하여얻어진추출물을통해실험을진행하였다. L929 mouse fibroblast cell 에서확인한결과, 세포독성및세포증식에영향을주지않았다. Hemolysis assay 실험결과, 적혈구에는거의영향이없는것으로나타났다. 추출물을건강한쥐에주입한결과생리식염수를주입한경우와마찬가지로급성독성이나타나지않았다. 마지막으로토끼에 HA- 지르코니아 FGM 의임플란트를식립한뒤, SEM 으로조직반응을관찰하였다. 감염혹은염증과같은기타악영향이발견되지않았으며임플란트와근육사이의긴밀한접촉을확인하였다. 더욱이임플란트식립 3 주부터주변에서신생골의생성이관찰되었다. 종합적으로보았을때 HA- 지르코니아 FGM 의높은생체적합성을확인할수있었다. 이러한 HA/zirconia FGM 의높은기계적, 생물학적특성에도불구하고, 여전히계면결합이문제가되었다. 이는 FGM 만으로는극복되기어려운 HA 와지르코니아의물성차이에서기인한다. Afzal 등 27 은이러한문제점을해결하기위해 HA 와지르코니아의중간층으로알루미나층을추가하는방법을발표하였다. 가장바깥층은 HA + 20 %wt 알루미나, 중간층은 알루미나 + 20 %wt Y-PSZ, 안쪽은순수 Y-PSZ 으로구성하는방식이다. 적절한소결조건을통해 HA 의 TCP 로의전이및 Y-PSZ 정방정상의단사정상으로의전이없이새로운 HA-Al 2 O 3 -Y-PSZ FGM 을생성하였다. 분석결과중간층인알루미나는 HA 와지르코니아 대한치과보철학회지 57 권 1 호, 2019 년 1 월 91

5 의중간수준의경도, 파절강도를지녀서효과적으로기계적특성의중간층역할을하는것으로나타났다. 이어서 Afzal 연구진은 HA-Al 2 O 3 -Y-PSZ FGM 의생체적합성을여러실험을통해살펴보았다. L929 fibroblast cell 을이용해실험한결과, 세층모두에서세포부착, 세포생존및세포분열을확인하였다. 세층중 HA 층에서가장세포분열및세포밀도가높은것으로나타났으며, HA 의생체활성을확인할수있었다. Saos-2 osteoblast cell 을이용한실험도유사한결과를보였다. 세개의층에서모두세포부착, 세포생존및세포분열을확인하였으며, 특히 HA 층에서 1.5 배높은세포밀도를보였다. 이러한실험결과는 HA-Al 2 O 3 -Y- PSZ FGM 이연조직, 경조직에대해생체적합성을가질뿐만아니라, 뛰어난 osseoinduction, osteoconduction 을가진다는점을시사한다. 결론 In vivo 실험에서는연조직, 경조직모두에서지르코니아가우수한생체적합성을보여주는것으로나타났으며, 낮은세균부착도관찰되었다. 이처럼지르코니아는높은생체적합성을가져임상적으로안정적인수복물질이다. 나아가지르코니아를임플란트로사용하기위한노력도이어지고있다. 우선높은생체적합성을가지는지르코니아에 HA 를첨가하여생체활성을높이려는연구가계속되고있다. 또한 HA 의결합강도를높이기위해 HA- 지르코니아 composite, HA/glass 코팅, FGM 등의다양한방식이제시되고있다. 이러한 HA-coated zirconia 는높은생체활성, 생체적합성, 계면결합력을나타냈다. ORCID Da-Won Suh Young-Kyun Kim Yang-Jin Yi References 1. Helmer JD, Driskell TD. Research on bioceramics. Symposium on use of ceramics as surgical implants. Clemson University, Clemson, SC Deany IL. Recent advances in ceramics for dentistry. Crit Rev Oral Biol Med 1996;7: Garvie RC, Urbani C, Kennedy DR, McNeuer JC. Biocompatibility of magnesia-partially stabilized zirconia (Mg-PSZ) ceramics. J Mater Sci 1984;19: Hulbert SF, Morrison SJ, Klawitter JJ. Tissue reaction to three ceramics of porous and non-porous structures. J Biomed Mater Res 1972;6: Christel P, Meunier A, Heller M, Torre JP, Peille CN. Mechanical properties and short-term in-vivo evaluation of yttrium-oxide-partially-stabilized zirconia. J Biomed Mater Res 1989;23: Ichikawa Y, Akagawa Y, Nikai H, Tsuru H. Tissue compatibility and stability of a new zirconia ceramic in vivo. J Prosthet Dent 1992;68: Bianchi AE, Bosetti M, Dolci G Jr, Sberna MT, Sanfilippo S, Cannas M. In vitro and in vivo follow-up of titanium transmucosal implants with a zirconia collar. J Appl Biomater Biomech 2004;2: Degidi M, Artese L, Scarano A, Perrotti V, Gehrke P, Piattelli A. Inflammatory infiltrate, microvessel density, nitric oxide synthase expression, vascular endothelial growth factor expression, and proliferative activity in peri-implant soft tissues around titanium and zirconium oxide healing caps. J Periodontol 2006;77: Scarano A, Piattelli M, Caputi S, Favero GA, Piattelli A. Bacterial adhesion on commercially pure titanium and zirconium oxide disks: an in vivo human study. J Periodontol 2004;75: Rimondini L, Cerroni L, Carrassi A, Torricelli P. Bacterial colonization of zirconia ceramic surfaces: an in vitro and in vivo study. Int J Oral Maxillofac Implants 2002;17: 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: Sennerby L, Dasmah A, Larsson B, Iverhed M. Bone tissue responses to surface-modified zirconia implants: A histomorphometric and removal torque study in the rabbit. Clin Implant Dent Relat Res 2005;7:S Piconi C, Burger W, Richter HG, Cittadini A, Maccauro G, Covacci V, Bruzzese N, Ricci GA, Marmo E. Y-TZP ceramics for artificial joint replacements. Biomaterials 1998;19: 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: 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: Warashina H, Sakano S, Kitamura S, Yamauchi KI, Yamaguchi J, Ishiguro N, Hasegawa Y. Biological reaction to alumina, zirconia, titanium and polyethylene particles implanted onto murine calvaria. Biomaterials 2003;24: MacDonald DE, Betts F, Stranick M, Doty S, Boskey AL. Physicochemical study of plasma-sprayed hydroxyapatitecoated implants in humans. J Biomed Mater Res 2001;54: Kong YM, Kim S, Kim HE, Lee IS. Reinforcement of hydroxyapatite bioceramic by addition of ZrO 2 coated with Al 2 O 3. J Am Ceram Soc 1999;82: Kong YM, Kim DH, Kim HE, Heo SJ, Koak JY. Hydroxyap- 92 대한치과보철학회지 57 권 1 호, 2019 년 1 월

6 atite-based composite for dental implants: an in vivo removal torque experiment. J Biomed Mater Res 2002;63: Alam I, Asahina I, Ohmamiuda K, Enomoto S. Comparative study of biphasic calcium phosphate ceramics impregnated with rhbmp-2 as bone substitutes. J Biomed Mater Res 2001; 54: Kong YM, Bae CJ, Lee SH, Kim HW, Kim HE. Improvement in biocompatibility of ZrO 2 -Al 2 O 3 nano-composite by addition of HA. Biomaterials 2005;26: Silva VV, Lameiras FS, Lobato ZI. Biological reactivity of zirconia-hydroxyapatite composites. J Biomed Mater Res 2002;63: Torricelli P, Verné E, Brovarone CV, Appendino P, Rustichelli F, Krajewski A, Ravaglioli A, Pierini G, Fini M, Giavaresi G, Giardino R. Biological glass coating on ceramic materials: in vitro evaluation using primary osteoblast cultures from healthy and osteopenic rat bone. Biomaterials 2001;22: Kim HW, Georgiou G, Knowles JC, Koh YH, Kim HE. Calcium phosphates and glass composite coatings on zirconia for enhanced biocompatibility. Biomaterials 2004;25: Guo H, Khor KA, Boey YC, Miao X. Laminated and functionally graded hydroxyapatite/yttria stabilized tetragonal zirconia composites fabricated by spark plasma sintering. Biomaterials 2003;24: Quan R, Yang D, Wu X, Wang H, Miao X, Li W. In vitro and in vivo biocompatibility of graded hydroxyapatite-zirconia composite bioceramic. J Mater Sci Mater Med 2008;19: Afzal MAF, Kesarwani P, Reddy KM, Kalmodia S, Basu B, Balani K. Functionally graded hydroxyapatite-alumina-zirconia biocomposite: Synergy of toughness and biocompatibility. Mater Sci Eng C 2012;32: 대한치과보철학회지 57 권 1 호, 2019 년 1 월 93

7 REVIEW ARTICLE 지르코니아의생체적합성과임플란트로서의생체활성에대한연구 : In vivo 실험문헌고찰 서다원 1 김영균 2 이양진 3 * 1 서울대학교치의학대학원, 2 분당서울대병원구강악안면외과, 3 분당서울대병원치과보철과 심미적치료에대한요구가늘어나면서높은강도와심미성을갖는지르코니아의요구도증가하고있다. 이러한흐름에비추어지르코니아의생체적합성을평가하는것은중요한일이다. 이번논문에서는지르코니아의생체적합성에대한 in vivo 실험에대한문헌연구를진행하였다. In vivo 실험에서연조직, 경조직에대한지르코니아의생체적합성을확인할수있었다. 다양한실험동물및환자에서진행된연구의대다수에서지르코니아의높은생체적합성이보고되었으며, 신생골합성및골부착의면에서티타늄과유사한성질을보였다. 한편, 지르코니아는임플란트로도활용할수있다. 임플란트로활용하기위해 HA (hydroxyapatite) 를처리하여생체활성을높이는다양한방식이제안되고있다. 하지만기존의티타늄임플란트에 HA를코팅하는방식은낮은결합강도및 HA의변성으로인한문제점이있었기때문에 HA-지르코니아 composite, HA-coated 지르코니아, HA-지르코니아 functionally graded material (FGM) 또는알루미나개재 HA-지르코니아등의새로운방식이연구되고있다. 이러한방식들은보다높은결합강도를지니고있으며, 높은생체적합성을보여주고있다. ( 대한치과보철학회지 2018;57:88-94) 주요단어 : 생체활성 ; 생체적합성 ; HA 코팅 ; 임플란트 ; 지르코니아 * 교신저자 : 이양진 경기도성남시분당구구미로 173 번길 82 분당서울대병원치과보철과 : , navydent@snubh.org 원고접수일 : 2018 년 9 월 19 일 / 원고최종수정일 : 2018 년 11 월 13 일 / 원고채택일 : 2018 년 11 월 28 일 c 2019 대한치과보철학회 cc 이글은크리에이티브커먼즈코리아저작자표시-비영리 4.0 대한민국라이선스에따라이용하실수있습니다. 94 대한치과보철학회지 57 권 1 호, 2019 년 1 월

ÀÓÇÁ¶õÆ®26-1È£1010

ÀÓÇÁ¶õÆ®26-1È£1010 1 Zirconia abutment 의활용 Part I 단국대학교치과대학보철학교실이종혁 Ⅰ. 서론완성도높은보철물을위해서는기능성과생물학적요건그리고심미성을만족시켜야한다. 최근들어심미적인면에대한관심이증가하면치과치료전반에걸쳐심미성을강조하는술식과재료들이많이보급되고있다. 보철분야의심미수복재료는도재와복합레진수복물이주로사용되고있는데금속도재는장기간의안정된예후를보이나하부의금속구조물로인해심미성에한계가있으며복합레진의경우변색이나마모등의한계가있다.