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Introduction of Alloplastic material, synthetic bone substitutes

Introduction of Alloplastic material, synthetic bone substitutes. 중앙 길병원 보철과 박진영. 골이식 재료의 분류. 골치유 기전에 따른 분류 골 형성 재료 (osteogenetive material) 이식재 안에 살아남은 osteoblast 와 preosteoblast 가 주위에서 직접 골형성을 일으킬 수 있는 능력을 가짐 자가골 골전도성 재료 (osteoconductive material)

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Introduction of Alloplastic material, synthetic bone substitutes

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Presentation Transcript

  1. Introduction of Alloplastic material, synthetic bone substitutes 중앙 길병원 보철과 박진영

  2. 골이식 재료의 분류 • 골치유 기전에 따른 분류 • 골 형성 재료(osteogenetive material) • 이식재 안에 살아남은 osteoblast 와 preosteoblast 가 주위에서 직접 골형성을 일으킬 수 있는 능력을 가짐 • 자가골 • 골전도성 재료(osteoconductive material) • 이식재는 내부로 혈관이 증식되어 들어올 수 있는 매개체로서의 역할만 하며 이식재의 흡수와 신생골의 침착이 반복적으로 일어난 후 결국 신생골이 이식재를 대체하여 골치유 발생 • Calcium phosphate, calcium sulfate, silica, polymer, natural bovine-derived hydroxyapatite • 골유도성 재료(osteoinductive material) • 이식재 내의 골형성 단백질(bone morphogenic protein,BMP) 과 같은 물질이 주위에 있는 숙주의 미분화 간엽세포들을 chondroblast,osteoblast 등으로 분화할 수 있도록 하여 신생골 형성 • Demineralized freeze dried bone(DFDB), BMP,TGF-β,Interleukin-1…

  3. 공여 종별에 따른 분류 • 자가골(autograft) • 동종골(allograft) • Grafton DBM,DFDB… • 이종골(xenograft) • Bio-Oss,BBP,BBC,BioCera(BBP에 Ca-P 표면처리) • 합성골(alloplastic material)

  4. Alloplastic material • Allo: ‘other’라는 뜻의 접두사 • 정의: 열이나 압력으로 가공 가능한 ‘인공적인 합성재료’ • 이물성형재료, 부원형 물질, 합성골, 골대체물등으로 번역 • Metal,polymer,ceramics,carbons,composite…

  5. 금속(metal) • stainless steel • 17-20% chrome,10-14% nickel • 경제적,조작 용이 • 고정용 부목, 강선, 금속판-나사등.. • Cobalt-chromium alloys:Vitalium • 마모,부식에 저항성 • 세포 독성 논란

  6. Tantalum • 탄성률 높지만 인장시 항복강도,인장강도는 비교적 낮음 • 클립, 금속판,금속망,금속박판의 형태로 공급 • Titanium 및 그 합금 • 시술중 변형이 가능 • 공기중 산화막 형성 • 임프란트,금속판,금속망등…

  7. 중합체(polymers) • Silicone • 외형 만들기 쉽고 화학반응이나 주위 환경에 대해 안정적이나 물리적 강도 낮음 • 고압증기멸균 가능 • 안면부 연조직, 코의 연골,치조골 증강술,관절원판 임시 대체물등으로 사용

  8. Methyl metacrylate:acryl resin • 중합시 발생열과 monomer 독성에 의해 인접된 골면 괴사 가능,오랜기간 매식된 경우 외부로 노출 가능 • 단기간 임시로 행하는 경우 사용 • Polyethylene • 다른 중합물질에 비해 잘 휘는 경향 • 중합시 압력에 따라 다른 밀도 • 저밀도-가장 잘 휨 • 고밀도 • 마모도 낮고 조직 적합성 좋으며 화학적으로 안정 • 고관절 치환수술,안면부 증강술 • Porous high density polyethylene-MEDPORE

  9. Polytetrafluoroethylene(PTFE) • 화학적으로 매우 안정 • 조직에 좋은 적합성 • Molding 하기 어렵고 마모도가 높은 단점 • 다공성 필터로 조작된 형태(expanded PTFE:GoreTex) 는 작은 골 결손부 및 치주조직 재생을 위한 차단막으로 이용

  10. 도재(ceramics)-강력한 이온공유결합을 통해 구조가 유지되는 금속과 비금속 원소들의 혼합물 • 활성도에 따라 • Bioinert ceramic • Bioactive ceramic • 세공에 따라 • Poros ceramic • Dense ceramic • 흡수 여부에 따라 • 흡수성 도재 • 비흡수성 도재

  11. Bioinert ceramic • Aluminum oxide, titanium oxide,carbon • 접촉성 골형성(contact osteogenesis) 반응 • 재료성분이 거의 용해되지 않거나 용해되더라도 전신적 부작용 없이 대식 세포들에 의해 완전 포식되면서 이식재료 표면은 주위 조직에 의해 완전히 피개

  12. Bioactive ceramic • HA, beta-tricalcium phosphate,bioglass • 결합성 골형성(bonding osteogenesis) 반응 • 이식재료 표면에 콜라겐 섬유나 수산화인회석이 축적되면서 골과 직접적인 물리적,화학적 결합 이루어짐

  13. 도재(ceramics)-강력한 이온공유결합을 통해 구조가 유지되는 금속과 비금속 원소들의 혼합물 • 활성도에 따라 • Bioinert ceramic • Bioactive ceramic • 세공에 따라 • Poros ceramic • Dense ceramic • 흡수 여부에 따라 • 흡수성 도재 • 비흡수성 도재

  14. 흡수성 도재 • Calcium sulfate,tricalcium phosphate,다공성의 calcium aluminate 와 같은 재료들은 생체내에 이식된 후 조직내에서 잘 적응되며 적절히 흡수되고 골에 의해 대치됨 • 비흡수성 도재 • porcelain

  15. 탄소(carbon) • 흑연과 유사한 약한 결정체를 함유 • 결정간 교차결합을 하여 적당한 강도를 가지며 경조직, 연조직 모두에 대한 조직 적합성이 좋다. • Biocarbon, Vitreous(glassy)carbon, Low-Temperature Isotropic carbon 등..

  16. 복합재료(composite) • Proplast • PTFE 와 glassy carbon fiber 를 혼합한 합성재료 • 검정색 재료로 열에 안정성이 있고 멸균 가능하며 원하는 형태로 조작 용이 • 피부가 변색되는 단점이 있어 PTFE 와 산화 알루미늄을 복합하여 백색의 proplast II 가 개발되었다.

  17. Reinforced acrylic resin • 유리섬유로 보강 • 골과 비슷한 탄성과 비교적 높은 강도 • 동물실험 결과 조직적합성이 좋았으나 사람에 적용하기에 아직 검증되지 않음 • Dental composite resin • Organic polymer matrix 에 도재를 합성시킨 재료 • 치아에 bracketing 시 사용하여 악간고정 시행

  18. 치과 임프란트, 구강외과 소수술, 치주수술 후의 골결손부 수복을 위해 사용되는 합성골은 자가골 혹은 동종골과 혼합하여 사용하는 것이 추천된다. 부득이 단독 사용한 경우 치유기간을 많이 부여하는 것이 좋다.

  19. 치과에서 많이 사용되는 합성골

  20. 수산화 인회석(Hydroxyapatite) • 골조직 구성요소중 일차적인 무기질성의 천연 구성요소 • Biocompatible to hard and soft tissue • Solid, dense blocks of HA • High compressive strength but brittle • Frames et al : 치밀한 고형 HA 보다 다공성의 HA입자들이 치조제 증대을 위해 사용되었을 때 골의 내측성장이 더 많음

  21. dense/porous • 다공형-Interpore 200. 세공의 크기가 골형성 조직의 성장에 중요한 요소 • 치밀형-Calcitite 4060, Periograft, Alveolograf. 두개안면 재건술, 악교정 수술시 많이 사용. 다공성에 비해 훨씬 강하며 감염 위험성이 적고 기계적 안정성과 골과의 적합성이 우수

  22. 흡수성/비흡수성 • 흡수성 • Bio-Oss,Osteograf.Osteogen(HA RESORB). 파골세포에 의해 흡수된 후 신생골로 대체. • 비흡수성 • Calcitite HA 2040

  23. Sintered ceramic 과 nonceramic • Sintered ceramic • 고온에서 결정체들을 융합하여 제조한 비흡수성 세라믹 • Nonceramic:calcium phosphate cement • 생체 내에서 HA 의 직접적인 결정화를 통해 만들어짐

  24. 기원에 따른 분류 • Bovine-derived HA:Bio-Oss, BBP • Coralline HA: Biocoral • Conbination of synthetic compound

  25. 장점 • 골전도성 • 조작 용이 • 가격 저렴 • 다양한 형태로 제조될 수 있음 • 특징 • 입자 크기 클수록 흡수기간 길고 오랜 기간 잔존 • 다공성일수록 신생골의 침투가 용이하고 신속히 흡수 • 결정도가 클수록 흡수기간이 길다 • 견고하고 치밀한 block 형은 압축강도가 높지만 파절되기 쉽다 • 다공성은 강도가 낮다.

  26. Calcium phosphate cements • 알맞은 비율로 고형과 액체 재료를 혼합하면 HA 를 형성 • 분말 • 2가지 이상의 Calcium phosphate compound • 액체 • 물, 식염수, sodium phosphate

  27. 특징 • 체온에서 경화된다 • 골과 유사하거나 더 큰 압축 강도를 갖는다. • 숙주골과 화학적으로 결합 • 골전도 능력 • 장점 • 골유착이 우수하여 안정성이 좋다 • 인체 내에서 약 2년까지 존재하면서 결손부의 외형을 잘 유지한다. • 임상적용 • 두개골과 같이 오랜 기간 외형을 유지할 필요성이 있는 결손부의 재건 • 국소적인 치조능 증강술 • 골절부의 접촉 촉진 목적 • 종류 • Bone Source, Embarc

  28. Calcium carbonate • Biocoral, Coralline HA.. • 산호에서 추출 • 다공성, 흡수성의 자연산 생체 재료 • 점차 흡수되면서 신생골로 완전 대체 • 혈액이나 생리식염수와 혼합하면 쉽게 점착력을 얻을 수 있음 • 지혈효과 우수

  29. Calcium Sulfate:Capset,Hapset(calcium sulfate+TCP) • Capset • 성분 • Medical grade calcium sulfate alpha hemihydrate powder, accelerating diluent solution • 특징 • 광범위한 부위의 조직유도재생술 혹은 재생술을 위한 차단막으로서 사용할 수 있다. • 입자형 골이식재료들의 결합제 • 혼합 후 신속히 경화하므로 적용 직전 결손부의 처치가 완료되어야 함 • 사용방법 • 결손부 지혈처치후 골이식재료 충전(CAPSET POWDER와 골이식재료를 멸균 증류수등으로 1:4비율로 혼합하여 충전할 수도 있다.) • CAPSET 을 동봉된 용액과 혼합하여 골이식재료 상방에 피개 • 경화가 시작되기 전 피판을 봉합

  30. Tricalcium phosphate(TCP) • HA 로 일부 전환되면서 흡수되는 생체적합성이 입증된 재료 • Cerasorb • 특징 • 99%이상의 순도를 갖는 ceramic 재료 • PRP 와 함께 사용하면 더욱 효과적 • 삼투성이 있는 micropore 가 세포의 내부성장을 활성화시키고 하부 입자들을 촘촘하게 결합시킴 • 유럽에서 최초로 PRP 의 이식 매개체로 공식 인증 • 신생골 성장과 동시에 완전 흡수 • 방사선 불투과성

  31. 임상적용 • 골결손부 수복 • 치조골 재건 • 상악동저 거상술 • 악교정 수술 후 발생된 결손부 충전 • 사용방법 • PRP 나 혈액과 혼합하여 사용

  32. Resorb • Ca:P=3:2 • 6-9 개월에 파골세포에 의해 흡수되면서 신생골로 대체 • 골아세포의 접촉 유도 • Biobase • 순수 TCP 를 함유한 흡수성 입자 형태의 골대체물 • 임상에서 10년 이상 사용 • 50%의 다공성 구조로 혈관과 골아세포를 흡수할 수 있어 신생골이 신속히 증식 • 환자의 혈액이나 생리 식염수로 적신 후 이식 • 사용 후 남은 것은 멸균 소독하여 재사용 가능

  33. Bioplant HTR • 성분 • Hydroxyapatite:외층 • 골수 내부의 혈액과 반응하여 골생성과 융합이 빠른 속도로 일어나게 함 • PMMA:내층 • 생체 친화성 있는 플라스틱 재질 • 골생성이 완료된 후에도 흡수되지 않고 남아 골의 강도를 높게 유지 • PHEMA(polyhydroxyethylmethacrylate):중간층 • 시술 시 조작이 쉽고 시술 후 방사선 불투과성을 갖도록 하는 성질이 있으며 골생성 완료와 함께 생체로 흡수

  34. 특징 • 친수성,다공성 • 차단막을 사용할 필요가 없다. • 피판 하방에서 초기에 아주 단단한 섬유조직을 형성하여 상피조직이나 결합조직의 내성장을 억제 • 지혈에 도움 • 재료의 이동이 적다 • 다루기 쉽고 형태 잡기 용이 • 20년 사용 동안 1% 이하의 감염 또는 거부반응이 보고 • 자연골과 유사한 탄성계수 • 4-5년 후에 서서히 흡수

  35. Bioactive glass ceramic • 숙주골과 이식재료 사이에 직접적인 화학결합 • Calcium, phosphorus 이온을 방출함으로써 골과의 경계부에 배열된 collagen matrix 에 골의 무기성분인 수산화인회석이 침착되게 함 • Silicone(규소 수지)가 경계부위에 침착되어 골과의 안정된 결합에 도움 • 물리적으로 강도가 약하므로 하중이 많이 가해지는 부위에는 사용 안 하나, 표면 결합력이 좋아 알루미나와 같은 강도 높은 물질에 표면처리하는 방법 개발

  36. 특징 • 흡수성 • 완전히 흡수되면서 정상적인 생리 과정에 맞추어 골개조 이루어짐 • 친수성 • 지혈효과 • 이식 후 유동성 적음 • 항균효과 • 면역거부반응 없음 • 부정형,비다공성이므로 신생혈관이나 조직의 내부성장이 이루어지지 않음 • 너무 치밀하게 충전하면 재혈관화 과정을 방해할 수 있다. • 자가골을 제외한 다른 합성,동종,이종골과 혼합해서 사용하지 말 것을 추천 • 제품 • BioGan • Unigraft • PerioGlass

  37. 경청해 주셔서 감사합니다.

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