Evaluation of novel 4D scaffold for bone regeneration in a rabbit model of an iliac crest undercut defects

Abstract

자가 맞춤형 4D 프린팅 기술을 활용한 토끼의 골 결손 부위에 이식된 골 이식재의 골 재생 력 평가

개요 두개골 악안면부 영역에서는 종양, 낭 종, 외상, 골 괴사 등 다양한 원인으로 인해 골 결함이 발생할 수 있습니다. 따라서 골 결함으로 인한 장애를 해소하기 위해 재건이 필요합니다. 여러 결함 중에서는 좁은 입구로 구성된 undercut 형태의 골 결함이 흔히 관찰되며, 이러한 결함은 기존의 3D 프린팅 기술을 사용하여 재건하기 어렵습니다. 이 연구에서 사용된 맞춤형 4D 프린팅 기술의 이식 재료는 주변 수분을 흡수하고 팽창시키는 수화 겔의 특성을 이용하여 undercut 결함의 재건을 향상시켰습니다. 본 연구는 해당 4D 프린팅 골 이식 재료가 입체적 환경에서 두개골 악안면부 영역에 적합한지를 결정하는 것을 목표로 합니다.

재료 및 방법 총 16마리 토끼가 사다리꼴 undercut 결함을 생성하고 결함 그룹, 3D 이식 재 그룹 및 4D 이식재 그룹으로 치료되었습니다. 6주 및 12주 후, 각 토끼가 희생되어 샘플이 준비되었습니다. 이후, CT 및 조직학적 분석을 통해 골 생성 능력, 팽창 능력 및 초기 구조의 유지 정도를 평가했습니다.

결과 연구에서는 골절(23%) 및 이식재 변위(23%)와 같은 다양한 합병증을 관찰했습니다. 정상적인 치유과정을 거친 사례에서 예상과 다르게 결손 부위에서 많은 골 재생이 일어났습니다. 하지만 이를 통해 이식재의 위치가 확인이 가능하여 골 생성 능력, 팽창 능력 및 초기 구조의 유지 정도를 평가할 수 있었습니다. 6주에서 골 생성 분석 결과, 4D 이식재 그룹(29.16%)과 3D 이식 재 그룹(7.82%) 사이에 유의한 차이가 있었습니다. 4D 이식 재 그룹은 3D 이식 재 그룹보다 6주에서 더 큰 음영 영역을 보여 4D 이식재의 팽창 능력을 확인했습니다. 또한 이식재의 초기 구조 유지 력을 평가하기 위해, 치유 전후로의 골 높이를 평가하였습니다. 그 결과, 4D 이식 재 그룹은 다른 그룹에 비해 초기 골 높이를 12주에서 83%에서 87%로의 범위로 더 우수하게 유지했으며 3D이식재와 비교 시 통계적으로 유의한 결과를 확인하였습니다. 조직병리학적 평가에서는 4D 이식 재 그룹에서 골 형성이 증가하고 염증 반응이 감소했습니다.

결론 이 연구는 두개골 악안면부 골 결함 재건을 위한 스카폴드 설계에 4D 프린팅 기술의 잠재력을 보여줍니다. 실험 모델에서는 두개골 악안면부 영역과는 다르게 골 형성 능력이 빠른 한계가 있었지만, 4D 지지대는 골 생성, 팽창 능력 및 구조의 유지 면에서 우수함을 확인할 수 있었습니다. 조직학적 검사는 4D 이식재의 생체 적합성 및 골 형성 능력을 확인했습니다. 더 많은 연구가 필요하지만, 이번 연구는 복잡한 골 결함을 해결하기 위한 4D 프린팅의 잠재력의 가능성을 보여줍니다. 중심어: 4D 프린팅 기술, 두개골 악안면부 재건, 골 결함