3D printed PCL+BGS-7 복합체 scaffold가 수술 후 방사선 조사를 시행한 랫드의 절개 상처 모델에서 가지는 생체적합성에 대한 연구

Abstract

연구 목적 두경부의 결손 및 이에 따른 재건에 있어 골결손이 동반될 수 있으며, 이에 대한 재건 방법으로 자가 또는 동종 골 이식, 골 대체물 이식 등의 방법이 시행되어 왔다. 그러나 골 대체물 이식은 이를 덮은 연조직의 상처 치유를 저해할 수 있으며, 특히 방사선 치료가 동반되는 경우 조직 허혈, 세포 및 혈관 감소로 인한 만성 상처로 진행할 수 있음이 알려져 있다. 이전의 연구에서 골 결손의 재건에 이용될 수 있는 이상적인 골 대체물을 만들고자 PCL(polycaprolactone)과 BGS-7(CaO-SiO2-P2O5-B2O3 glass-ceramics)을 서로 다른 비율로 합성하여 골 재생 정도를 관찰하여 비교한 바 있다. 본 연구에서는 랫드의 두경부 상처치유 모델에서 연부조직 아래에 서로 다른 골 대체물을 이식하여 방사선 조사를 시행함으로써 기존에 임상적으로 널리 사용되어 온 티타늄으로 제작된 이식물과 골 대체 합성물로 제작된 이식물이 방사선 조사에 있어 상처치유에 어떠한 영향을 가지는지 관찰하고자 한다. 연구 방법 총 15마리의 SD 랫드(8주령)를 다음과 같이 3군으로 나누었다. 1군 (n=5): full-thickness incisional wound model에 이식물 없이 봉합 2군 (n=5): full-thickness incisional wound model에 PCL+BGS-7 복합체 이식물 삽입 3군 (n=5): full-thickness incisional wound model에 titanium 이식물 삽입 1. 랫드의 두피에 full-thickness incision 시행 및 이식물 삽입 No. 15 blade 를 이용하여 두피에 25mm의 절개를 가하여 피하 연부 조직을 박리하고, 골막에도 동일한 길이의 절개를 가하여 8mm 폭으로 두개골을 노출시킨다. 1군은 이식물 없이, 2군은 박리한 골막 아래 PCL+BSS-7 복합체 이식물을 삽입하고, 3군은 박리한 골막 아래 titanium 이식물을 삽입한다. Vicryl 4-0를 이용하여 골막을 봉합한다. Vicryl 3-0를 이용하여 두피를 봉합한다. 2. 방사선 조사 1회 8Gy의 방사선을 차폐막으로 두부에 국한되도록 하여 3일 간격으로 5회, 총 40Gy 조사한다. 3. 육안 관찰 수술 1주 후, 4주 후, 7주 후 수술 부위의 gross 소견을 육안으로 관찰한다. 4. 조직 화학염색 7주 후와 13주 후에 각 군의 2마리를 sacrifice 하여 두피의 수술 절개 흉터를 포함하는 20mm 직경의 검체를 채취하여 H&E 염색과 Masson’s trichrome 염색을 시행한다. 이를 슬라이드로 제작하여 현미경을 통해 관찰 및 평가한다. 결과 1. 육안 관찰 각 군에서 수술 1주, 4주, 7주 후 육안으로 관찰할 수 있는 상처의 문제는 발생하지 않았다. 2. 수술 소견 이식 7주 후와 13주 후 1군의 검체 채취 수술 시 상처부위의 특이소견이 관찰되지 않았다. 2군의 수술 시 7주 후와 13주 후의 수술에서 동일하게 PCL + BGS-7 복합체 이식물의 pore 로 조직이 자라 들어가 골막의 박리를 위해서는 가위로 절개를 가해야만 했으며, 이외 수술 상처의 특이소견은 관찰되지 않았다. 3군의 수술 시 7주와 13주 후의 수술에서 동일하게 Titanium implant에 대한 골막 조직의 부착이나 pore 로의 조직 침투는 관찰되지 않았으며 이외 수술 상처의 특이소견은 관찰되지 않았다. 3. 조직학적 소견 1군의 7주 후 조직학적 소견 상 표피 아래의 dysmorphic 한 glandular structure 가 관찰되었으며, 진피층의 정상 세포구조가 부분적으로 Thick 한 fibrous tissue 와 collagen bundle 로 대체된 소견을 보였다. 근육층은 얇지만 intact 한 layer 로 관찰되었으며, 그 아래의 골막에서 periosteocyte 와 Thick 한 fibrous tissue 가 관찰되었다. 1군의 13주 후 조직학적 소견 상 7주 후의 검체와 동일한 양상을 보였으며, Muscle layer의 진행된 fibrosis를 관찰하였다. 2군의 7주 후 조직학적 소견 상 표피 아래의 dysmorphic 한 glandular structure 가 관찰되었으며, 진피층의 fibrous tissue 와 collagen bundle 이 관찰되었다. 얇지만 intact 한 muscle layer 가 관찰되었고, 그 아래 periosteocyte 와 thick 한 fibrous tissue 가 관찰되었다. 2군의 13주 후 조직학적 소견 상 7주 후의 검체와 동일한 양상을 보였으며, 더 광범위하고 진행된 muscle layer의 fibrosis를 관찰하였다. 3군의 7주 후 조직학적 소견 상 두꺼워진 표피가 관찰되었으며, 표피 아래 진피층의 glandular tissue는 감소했고, Thick 한 fibrous tissue 와 collagen bundle 이 관찰되었다. 절개 부위의 muscle layer는 관찰되지 않았으며, 1군 및 2군에 비해 scanty 한 fibrous tissue가 관찰되었다. 3군의 13주 후 조직학적 소견 상 광범위하게 두꺼워진 표피, 광범위한 glandular tissue의 소실, Muscle layer의 소실 및 심한 fibrosis를 관찰하였다. 결론 본 연구는 랫드의 두개골 부위에 발생한 절개 상처에 대하여 이식한 서로 다른 이식물이 방사선 조사 후 상처 치유에 대해 가지는 영향을 관찰하기 위한 동물실험 연구로, 조직학적 소견 상 PCL+BGS-7 복합체를 이식한 경우가 Titanium 이식물을 이식한 경우보다 연부 조직의 상처 치유에 더 tolerable 한 결과를 확인하였으며 이를 통해 방사선 치료를 동반한 골재건에서 PCL + BGS-7 복합체가 연부조직에 대하여 우수한 생체적합성을 가질 가능성을 확인하였다. 본 연구는 PCL + BGS-7 복합체 이식을 동반한 상처 절개 모델에 방사선 조사를 시행한 후 육안 및 조직학적 소견을 관찰한 첫번째 연구로, 본 실험에서 확인한 효과가 임상적으로도 유의미한 효과를 가질 수 있을지에 대한 추가 연구가 필요하다.