쥐의 임계 크기 두개골 결손에 있어서 3차원 프린팅을 이용한 PCL/PCL+BGS-7 대체물의 효과에 대한 연구

Abstract

연구 목적 인체의 골 결손에 대한 치료로서 자가 골 이식, 동종 골 이식, 골 대체물 이식을 고려할 수 있다. 자가 조직 이식의 경우 채취 가능한 공여부의 선택과 채취 가능한 뼈의 양은 극히 제한적이며, 공여부의 후유증이 우려된다. 동종 골의 경우, 감염과 거부 반응이 매우 흔하다. 따라서 골 결손부 수복에 이용할 수 있는 합성 물질에 대한 연구가 활발히 진행 중이며, PCL(polycaprolactone)과 BGS-7(CaO-SiO2-P2O5-B2O3 glass-ceramics)는 많이 사용되고, 많이 연구되고 있는 물질이다. 이에 최근 각광받는 3D printing 기술을 이용하여 특성이 다른 이 두 물질을 합성, 이상적인 골 대체물을 만들고자 한다. 본 연구의 목적은 쥐의 두개골에 자연적으로 치료될 수 없는 임계 골 결손을 발생시키고 여기에 PCL과 BGS-7을 서로 다른 비율로 합성하여 골 결손부에 삽입한 뒤, 골 재생 정도를 추적 관찰하여 골 재생을 촉진시키는 가장 이상적인 비율의 골 대체물을 발견하고자 한다.

연구 방법 총 18마리의 SD 쥐(8주령)를 3군으로 나누었다. 1군 (n=6) : 두개골 임계 골 결손부(8mm)에 100% PCL scaffold 삽입 2군 (n=6) : 두개골 임계 골 결손부 (8mm)에 80% PCL+20% BGS-7 삽입 3군 (n=6) : 두개골 임계 골 결손부 (8mm)에 60% PCL+40% BGS-7 삽입

1.쥐의 두개골에 임계 골 결손부 생성 및 보형물 삽입 Isoflurane 2-3%를 흡입하여 마취를 시작 및 유지한다. 두피를 절개하여 두개골을 노출시킨 후 기구를 이용하여 두개골에 직경 8mm의 원형 결손부를 생성한다. 군별로 다른 비율의 3D printed PCL/BGS-7 합성물을 삽입한 후 두피를 봉합한다. 2.영상 촬영 수술 후 8개월에 마취 후 micro-CT를 촬영한다. 3.조직 화학 염색 18마리 중 각 군당 3마리 씩, 총 9마리에 대하여 안락사 시행하여 두개골의 검체를 채취하여 H&E stain, Masson’s trichrome stain을 실시한다. 4.골 재생의 결과 비교 iv Micro CT 를 이용하여 촬영한 영상을 통하여 골화의 진행 정도를 가시적으로 평가한다. 또한 조직 화학 염색을 시행하여 현미경을 통해 실제 osteocyte와 신생 뼈를 확인한다.

결과 1.Micro CT를 이용한 영상 비교 1군에서는 신생 뼈의 재생이 거의 이루어 지지 않았고, 2군과 3군에서는 PCL/BGS-7 합성물의 pore 구조를 따라서 뼈의 재생이 관찰됨. 또한 2군에 비하여 3군에서 재생 정도가 더 높았다. 2.조직 화학 염색을 통한 슬라이드 사진 비교 1군에서는 신생 뼈의 구조를 거의 확인할 수 없었다. 2군과 3군에서는 합성물의 pore 구조를 따라 신생 뼈의 재생을 관찰할 수 있었다.

결론 본 연구는 쥐 두개골의 임계 골 결손부에 대한 PCL/BGS-7 합성물의 효과를 입증하기 위한 동물실험 연구로, 본 실험을 통해 PCL과 BGS-7의 합성물이 뼈와 결합 능력이 뛰어나고, 신생 뼈 재생을 촉진할 수 있다는 사실을 확인하였다. 향후 인체를 대상으로 한 추가적인 연구가 필요하다.