무치악 부위의 수복에 널리 이용되고 있는 임플란트는 현대 치의학에서 없어서는 안될 중요한 치료수단의 하나로 자리매김하고 있다. 현재까지 다양한 종류의 임플란트들이 출시되었고 앞으로도 그 발전방향은 무궁무진할 것으로 기대되고 있다. 이러한 임플란트들의 종류를 결정하는 인자 중 모양과 형태도 있겠지만, 임플란트의 표면처리방식 또한 중요한 요소 중 하나이다. 왜냐하면 임플란트의 표면처리가 골유착에 중요한 요소이며, 이것이 골-임플란트 계면에서 골형성에 영향을 미치기 때문이다.1 이러한 임플란트의 표면처리방식은 크게 세가지로 분류해볼 수 있는데, 첨가방식(addition technique), 삭제방식(subtraction technique), 변형방식(surface modifications)으로 나뉜다.2 이러한 표면처리방식은 결국 임플란트 표면의 표면에너지와 젖음성을 변화시키게 되고 표면에 다양한 단백질의 결합에 영향을 미치게 된다.3 임플란트의 표면처리는 결국 골유착을 향상시키는 중요한 요소이고, 그 중 표면 거칠기를 증가시키는 것이 가장 효과적이라는 보고가 있다.4 Copper 에 의하면 순수한 티타늄임플란트의 표면거칠기를 증가시키게 되면 골과 임플란트 계면에서 골유도 및 골형성 인자들이 증가하여 골유착을 향상시키는 것으로 보고한 바 있다.5

본 실험은 다양한 표면처리방식들 중에서 삭제방식에 초점을 두었다. 이는 비교적 처리방식이 간단하고 현재 대중적으로 많이 쓰이고 있는 sandblasting, 산처리, sandblasted-large grit-acid etching (SLA) 등을 포함하는 처리방식이기 때문이다. Sandblasting방식은 산화알루미늄, 강석(corundum), 인산칼슘이나 이산화티타늄 등의 분사입자를 티타늄 임플란트의 표면에 강한 압력으로 분사하여 표면을 거칠게 만드는 방식이다.6 하지만 산화알루미늄을 사용할 경우 임플란트 표면에 잔류한 입자들이 소독과정을 거친 후에도 제거되지 않고 남아있어 잠재적으로 조직에 유해한 요소로 작용하며, 결과적으로 골유착을 방해하는 것으로 보고된 바 있다.7,8 이러한 이유로 임플란트 표면에 잔류하여도 골반응에 영향을 주지 않는 이산화티타늄이나 인산칼슘을 사용하게 되었고, 특히 인산칼슘의 경우 높은 골유도성과 생체흡수성을 가지는 것으로 알려져 있다. 인산칼슘을 이용한 RBM (resorbable blasting media) 표면처리의 경우 다른 분사입자에 비해 높은 골-임플란트 결합(bone to implant contact)을 보여 골유착에 유리한 작용을 하는 것으로 보고된 바도 있다.9,10 또한 산처리방식은 임플란트 표면에 0.5 - 2.0 μm의 다양한 크기의 구멍을 형성하여, 임플란트와 섬유소 (fibrin) 및 이에 접착하는 세포들 사이에 강한 결합력을 제공하는 것으로 알려져 있다.11 하지만 임플란트 표면처리 시 산처리만 시행한 경우 sandblasting에 비해서 낮은 표면거칠기를 보였다는 보고가 있다.12 앞서 임플란트의 표면처리방식은 표면의 젖음성에도 영향을 미친다고 언급한 바 있다. 이러한 젖음성을 증가시키는 방법 중에 하나로 표면처리 후 생리식염수에 적시는 방법이 있으며, 이는 임플란트 표면의 친수성을 향상시켜 골유착에 도움을 주는 다양한 세포들의 부착을 도와 골형성을 촉진시키는 것으로 알려져있다.13

이에 본 실험은 티타늄 임플란트에 앞서 언급했던 RBM 표면처리 및 산처리 후 생리식염수에 적신 임플란트의 골결합력을 비교하여 임상적으로 초기에 안정적인 골유착에 도움이 되는지를 알아보고자 한다. 따라서 RBM 표면처리 후 산처리한 임플란트와 RBM 표면처리 후 산처리 및 생리식염수에 적신 임플란트의 10일 후 제거회전력을 측정하여 초기 골결합력을 비교하여, 두 그룹간에 제거회전력에는 차이가 없다는 귀무가설 하에 실험을 진행하였다. 이와 더불어 임플란트의 표면분석을 통해 두 임플란트 표면처리 방식의 차이점에 대해서 비교해보고자 하였다.

Branemark 등은 치과용 티타늄 임플란트와 주변골과의 골유착 개념을 주장하였고, 현재까지도 이에 근거하여 연구와 발전을 거듭하고 있다.14 이러한 골유착의 정도를 정량적으로 측정하는 방식으로 1988년도 Carlsson 등이 임플란트와 골사이의 결합을 파괴하기 위한 전단력을 측정하는 방식으로 제거회전력을 이용하였다.15 또 제거회전력을 측정하는 시기도 골유착 정도를 가늠하는데 중요한 요소이다. Albrektsson 등은 인간에서 임플란트와 골과의 직접적인 결합을 유지하기 위해서는 임플란트 식립 후 3 - 4개월의 시간이 필요하다고 하였다.16 하지만 임플란트 식립 후 빠른 골유착이 임플란트의 성공에 중요한 요소이다. 4주 후 산처리한 임플란트의 제거회전력을 측정한 실험과 이를 토대로 임플란트 식립 후 6주에 보철물을 장착한 임상연구에서 3년간 임플란트의 성공률이 99%에 이르는 연구가 있었다.17,18 또 토끼를 이용한 실험에서 사람에서의 3 - 4개월의 치유기간이 토끼의 6주간의 치유기간과 비슷한 결과를 나타낸다고 하였고,19 사람에서 임플란트의 조기부하(early loading)가 가능한 기간을 임플란트 식립 후 1 - 8주로 정하고 있다.20,21 따라서 본 실험에서는 초기 골결합력을 측정하는데 필요한 기간을 임플란트 식립 후 10일로 정하였다. RTQ 값이 RBM + HCl 그룹은 17.08 ± 1.763 N·cm, RBM + HCl + Sal 그룹은 19.12 ± 1.490 N·cm로 측정되었고, 식립시와 제거시에 회전력을 통계분석한 결과도 둘 사이에 유의미한 차이를 나타냈다(Table 2). 또한 이전의 실험에서 식립 한 달 후 토끼에서 측정된 제거회전력인 20 - 30 N·cm과 비교해 본다면 짧은 기간에 높은 골결합력을 나타냈다고 할 수 있다.15

Buser 등에 의한 연구에서 높은 친수성을 가지는 임플란트 표면이 그렇지 않은 경우와 비교하여 더 좋은 체액, 세포 및 조직과의 반응을 보였고, 이를 일반적인 SLA표면처리한 임플란트와 생리식염수에 적신 SLA표면처리한 임플란트와의 BIC (bone-to-implant contact)를 통해 비교하여 보여준 바 있다.22 이와 비슷하게 본 실험도 RBM 표면처리 후 산처리 및 생리식염수에 적신 경우에 더 높은 제거회전력을 보여주었고, 생리식염수에 적시는 것이 초기 골결합에 유리하게 작용할 것이라고 생각할 수 있다.

FE-SEM으로 표면을 촬영한 사진에서 두 그룹 모두 불규칙한 다공성의 표면형태를 보였으나(Fig. 1), 표면거칠기를 측정하였을 때, RBM + HCl + Sal 그룹에서 더 높은 RSq 값을 나타냈다. Webb 등에 의하면 거친표면의 임플란트 표면에서 발생한 세포들이 osteocalcin과 alkaline phosphate를 더 많이 생산하고, 조골세포의 분화를 돕는다고 하였다.23 이론적으로 이상적인 표면은 깊이 약 1.5 μm, 직경 약 4.0 μm의 반구형 소와형태라고 하였다.24 그렇다고 너무 거친 임플란트 표면은 임플란트 주위염을 증가시키는 원인이 되며, 적절한 표면거칠기는 1 - 2 μm라고 보고되기도 했다.25 다른 여러 연구문헌들에서도 높은 제거회전력과 BIC를 보이는 적절한 표면 거칠기를 0.5 - 2.0 μm로 보고하고 있다.26 본 실험에서도 RBM + HCl 그룹과 비교하여 높은 제거회전력을 보인 RBM + HCl + Sal 그룹에서 반구형 소와형태의 다공성의 표면과 평균 1.153 ± 0.077 μm의 RSq를 보임으로써, 앞선 연구들과 같은 결과를 나타내고 있다. 한가지 의문스러운 점은 다만 실험군은 생리식염수에 적시는 추가적인 절차만 거쳤을 뿐인데, 어떠한 이유로 표면의 거칠기가 증가하게 된 것이지 짚어볼 필요가 있다. EDS에서 보여주는 표면성분분석에서는 생리식염수에 적신 그룹에서 그렇지 않은 그룹과 비교하여 Ti, O 원소의 성분 비율은 비슷하나, Na과 Cl 성분이 검출되었다. 이는 생리식염수 용액 내에 포함된 이온들이 임플란트의 표면에 접착 또는 결합하여 나타난 결과로 생각된다. 이를 확인하기 위해서 Raman 분광분석으로 임플란트 표면을 구성하는 원소들의 결합에 관해서 확인해보면 티타늄 임플란트의 표면을 덮고있는 TiO₂ 막을 나타내는 peak는 쉽게 관찰할 수 있었으나,27 이외에 특징적으로 다른 물질을 구분할 수 있는 peak 는 찾아보는 것이 어려웠다. 생리식염수에 적신 경우 대조군과 비교하여 실험군의 임플란트 표면을 더 거칠게 만든 원인이 임플란트 표면의 성분들이 생리식염수에 용해되면서 표면의 거칠기를 증가시킨 것은 아닌지, 어떠한 다른 원인이 있는지 추가적인 실험이 필요할 것으로 생각된다.

산처리한 임플란트의 경우 수소 취화(hydrogen embrittlement) 현상으로 티타늄 표면의 성질을 약화시키고, 미소균열을 만들어 피로저항을 감소시킨다는 연구 결과가 있다.28 본 실험에서는 표면 오염원으로 작용하지 않는 sandblasting 물질로 RBM을 사용하여 표면을 거칠게 한 후, 안정적이고 균일한 TiO₂ 표면을 만들고, 추가적으로 잔류할 수 있는 오염원들을 제거하기 위해서 염산을 이용해 산처리하는 방식을 사용하였다. 거기에 표면 친수성을 증가시킬 수 있는 방법으로 생리식염수에 적시는 추가적인 표면처리를 더하였고, 결과적으로 만족할만한 제거회전력과 적절한 표면처칠기를 측정할 수 있었다. 하지만 산처리에 의한 임플란트 표면 약화를 알아보기 위해서는 더 긴 식립기간과 적절한 식립기간마다 이를 측정하는 추가적인 실험이 필요할 것이다.

티타늄 임플란트에서 RBM 표면처리 후 산처리 및 생리식염수에 적신 임플란트가 RBM 표면처리 후 산처리한 임플란트 보다 초기 골 결합력 및 표면거칠기가 높게 측정되어 두 그룹 사이에 초기 골 결합력에 차이가 없다는 귀무가설은 기각되었다. RBM 표면처리 후 산처리 및 생리식염수에 적신 임플란트의 식립기간을 더 길게 하여 산처리에 의한 영향에 대해서 추가적으로 평가해본다면 더욱 좋을 것으로 생각된다.

Sung-am Cho https://orcid.org/0000-0002-8315-7833