키워드: 치주염, 신경염증성 질환, 알츠하이머병, 세포외 소포, 세포외 RNA, 구강–뇌 축.

본 연구는 현재 임상용 구강 임플란트 표면에서 리튬(Li) 이온을 이용한 표면 화학 조절을 통해 골전구세포의 골형성 관련 세포 기능을 규명함으로써, 골형성 능력이 향상된 티타늄(Ti) 임플란트의 향후 개발에 대한 통찰을 얻고자 하였다. 습식 화학 처리를 통해 샌드블라스팅/산 에칭(sandblasted/acid-etched, SLA) Ti 임플란트 표면을 Li 이온으로 변형하였다. 표면 Li 이온-변형된 SLA 시료에 대한 골형성 관련 세포 반응은 두 종류의 마우스 골수 줄기세포인 양능성 ST2 세포와 일차 다분화능 메센키말 줄기세포(mesenchymal stem cells, MSCs)를 사용하여 평가하였다. 변형된 표면에서는 판상(plate-like) 나노구조를 갖는 Li를 포함한 Ti 산화층의 형성이 관찰되었다. Li가 도입된 표면은 무처리 SLA 표면에 비해 ST2 세포에서 확장(spreading), 초점 유착 형성, 인테그린 mRNA 발현(α2, α5, αv 및 β3) 등 초기 세포 사건을 향상시켰고, 또한 양능성 ST2 세포의 골형성 분화를 촉진하였다. 표면 Li 변형은 GSK-3β 인산화를 유의하게 증가시키고 β-catenin 인산화를 억제하였으며, 이어서 일차 MSCs의 골형성 분화를 촉진하였다. 이러한 결과는 Li 이온을 이용한 습식 화학 처리로 SLA 임플란트의 표면 화학을 변형하면, GSK-3β 및 β-catenin 활성의 양성 조절을 통해 골수 MSCs의 골형성 분화를 촉진함으로써 보다 유리한 골유착 결과를 유도함을 시사한다.

SLA 임플란트에서 아나타제 박막을 형성함으로써 내식성이 향상되었다. Mn을 도입한 SLA 표면은 Mn 이온의 지속적인 방출을 나타냈으며, 골형성 관련 MSC 기능을 향상시켰다. 그 결과 퍼짐(spreading), 국소 접착(focal adhesion)과 같은 초기 세포 사건 및 핵심 접착 관련 유전자의 mRNA 발현이 향상되었고, 이는 성숙한 골세포로의 완전한 인간 MSC 분화를 촉진하였다. 본 연구 결과는 습식 화학 처리에 의한 표면 Mn 개질이 MSC의 골형성 분화를 촉진함으로써 골형성 능력이 증가된 Ti 임플란트 표면을 제조하는 효과적인 접근법임을 시사한다. 또한, 유도된 표면의 향상된 내식성은 증가된 차단 효과를 통해 유리한 골유착(osseointegration) 계면 안정성을 제공할 수 있다는 점에서 또 하나의 중요한 이점이다.

키워드: 치주염, 신경염증성 질환, 알츠하이머병, 세포외 소포, 세포외 RNA, 구강–뇌 축.

본 연구는 현재 임상용 구강 임플란트 표면에서 리튬(Li) 이온을 이용한 표면 화학 조절을 통해 골전구세포의 골형성 관련 세포 기능을 규명함으로써, 골형성 능력이 향상된 티타늄(Ti) 임플란트의 향후 개발에 대한 통찰을 얻고자 하였다. 습식 화학 처리를 통해 샌드블라스팅/산 에칭(sandblasted/acid-etched, SLA) Ti 임플란트 표면을 Li 이온으로 변형하였다. 표면 Li 이온-변형된 SLA 시료에 대한 골형성 관련 세포 반응은 두 종류의 마우스 골수 줄기세포인 양능성 ST2 세포와 일차 다분화능 메센키말 줄기세포(mesenchymal stem cells, MSCs)를 사용하여 평가하였다. 변형된 표면에서는 판상(plate-like) 나노구조를 갖는 Li를 포함한 Ti 산화층의 형성이 관찰되었다. Li가 도입된 표면은 무처리 SLA 표면에 비해 ST2 세포에서 확장(spreading), 초점 유착 형성, 인테그린 mRNA 발현(α2, α5, αv 및 β3) 등 초기 세포 사건을 향상시켰고, 또한 양능성 ST2 세포의 골형성 분화를 촉진하였다. 표면 Li 변형은 GSK-3β 인산화를 유의하게 증가시키고 β-catenin 인산화를 억제하였으며, 이어서 일차 MSCs의 골형성 분화를 촉진하였다. 이러한 결과는 Li 이온을 이용한 습식 화학 처리로 SLA 임플란트의 표면 화학을 변형하면, GSK-3β 및 β-catenin 활성의 양성 조절을 통해 골수 MSCs의 골형성 분화를 촉진함으로써 보다 유리한 골유착 결과를 유도함을 시사한다.

SLA 임플란트에서 아나타제 박막을 형성함으로써 내식성이 향상되었다. Mn을 도입한 SLA 표면은 Mn 이온의 지속적인 방출을 나타냈으며, 골형성 관련 MSC 기능을 향상시켰다. 그 결과 퍼짐(spreading), 국소 접착(focal adhesion)과 같은 초기 세포 사건 및 핵심 접착 관련 유전자의 mRNA 발현이 향상되었고, 이는 성숙한 골세포로의 완전한 인간 MSC 분화를 촉진하였다. 본 연구 결과는 습식 화학 처리에 의한 표면 Mn 개질이 MSC의 골형성 분화를 촉진함으로써 골형성 능력이 증가된 Ti 임플란트 표면을 제조하는 효과적인 접근법임을 시사한다. 또한, 유도된 표면의 향상된 내식성은 증가된 차단 효과를 통해 유리한 골유착(osseointegration) 계면 안정성을 제공할 수 있다는 점에서 또 하나의 중요한 이점이다.

본 연구는 위축된 치조골을 보강하기 위한 향후 유도골재생(guided bone regeneration, GBR) 수술에서 재생 장벽 막(regenerative barrier membrane)으로 적용할 목적으로 표면 개질된 박막 티타늄(Ti) 호일의 표면 특성과 생체적합성을 평가하였다. 양극산화(anodic oxidation) 및 후속 열처리를 수행하여 다양한 Ti 호일 시료를 준비하였다. 이후 시료의 in vitro 연조직 및 경조직 적합성은 일차 인체 치은 섬유아세포(human gingival fibroblasts, HGFs)와 MG63 사람 골아세포 유사 세포를 사용하여 세포 반응을 관찰함으로써 평가하였다. 조사한 Ti 호일 시료들은 물리화학적 표면 특성에서 현저한 차이를 보였다. 양극산화된 Ti 표면에 추가로 400°C 열처리를 적용한 경우 아나타제(anatase) 이산화티타늄 구조가 형성되고 잘 조직된 나노 스케일 돌기(nanoscale protrusions)가 발달하였으며, 표면 친수성(wettability)이 유의하게 증가하였다. 양극산화 및 열처리는 Ti 호일 시료에서 HGFs와 MG63 세포의 성장을 향상시켰다. 또한 10분 및 30분 동안의 추가 열처리는 퍼짐(spreading)과 증식(proliferation)을 포함하는 HGFs의 반응을 더욱 유의하게 개선하였고, 세포 부착 및 성숙 관련 유전자의 mRNA 발현을 상향 조절함과 동시에 MG63 세포의 골아세포 분화(osteoblast differentiation)를 촉진하였다. 30분 열처리로 얻은 얇은 산화 피막을 갖는 Ti 호일 시료는 재생 장벽 막으로서의 임상적 가소성(clinical plasticity)이 불량하였으며, 굽힘 시험(bending test)에서 피막이 완전히 실패하는 양상을 보였다. 본 연구 결과는 양극산화 및 후속 열처리로 획득한 특정 막 두께의 아나타제 Ti 산화 피막과 나노 스케일 표면 돌기 형태 및 친수성 특성을 가진 경우, 연조직(치은)과 골조직 모두의 더 나은 재생을 유도하기 위한 생체적합성 Ti 재생 막으로서 효과적인 접근이 될 수 있음을 시사한다.

실험에서 RSV는 골형성세포(osteoblasts)의 성장과 분화를 자극하여 뼈 형성을 촉진한다. 높은 포도당 수치는 세포 기능과 뼈 형성을 촉진하기 위한 재생 능력을 저해할 가능성이 있으며, hPDLF 세포가 아닌 MC3T3-E1 세포를 통해 이러한 손상된 재생을 촉진할 수 있다. 레스베라트롤은 hPDLF 세포에 비해 MC3T3-E1 세포의 내재적 능력을 촉진하는 것으로 보이며, 이는 치주 재생 동안 기능을 회복시킬 수 있는 잠재력을 시사한다.

목적: 본 연구는 서로 다른 범용 접착제 3종(Single Bond Universal [SBU], All-Bond Universal [ABU], Prime&Bond universal [PBU])을 전처리했을 때 공기연마(air-abraded)된 지르코니아에 대해 접착제(Panavia F 2.0, PF)와 통상적 레진 시멘트(Duo-Link, DL)의 결합 내구성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 재료 및 방법: 직사각형 형태의 지르코니아 시편을 제작하였다. 재료의 화학적 조성 및 표면에너지 매개변수는 각각 푸리에 변환 적외선 분광법과 접촉각 측정(contact angle measurement)으로 분석하였다. 지르코니아에 대한 레진 결합을 평가하기 위해 모든 결합 시편을 24시간 동안 물에 침적하였으며, 노화된 시편은 SBS(전단결합강도) 시험 전에 추가로 10,000회 열순환(thermocycled)하였다. 결과: < .001). 결론: 범용 접착제의 전처리는 레진 시멘트의 결합 성능에 대해 반드시 상승적(synergistic) 효과를 나타내지는 않았으나, 통상적 레진 시멘트의 결합 강도와 내구성에는 전처리가 유익하였다.

본 연구에서는 지그재그 수소 결합과 미끄러질 수 있는 가교 결합이 신축성 엘라스토머의 설계에 미치는 영향을 탐구하였다. 결정화 없이 강한 지그재그 수소 결합을 생성할 수 있는 폴리(에터-티오우레아)(TU)를, 개발된 엘라스토머의 비가교 영역에서 주쇄로 도입하였다. 그 결과, TU 기반 엘라스토머의 인성은 TU의 상대적으로 낮은 분자량(∼3k)에도 불구하고, 선형 폴리(에틸렌 글리콜)로부터 형성된 엘라스토머에 비해 14배 더 높았다. 또한, TU 기반 엘라스토머에 슬라이더블 폴리로탁산 가교 결합제를 도입하였을 때, 그 유연성은 경직된 폴리머 가교 결합제의 경우보다 2배 높아졌다. 더 나아가, 엘라스토머의 기계적 특성은 변형률 150%의 제한된 변형 조건 하에서 반복 변형에 대해 열화되는 것을 방지하였다.

실험적으로 유발된 동물 치주염 모델을 사용하여 골형성에 대한 EPO의 영향을 평가하였다. 상악 좌측 두 번째 M에 치주염을 유도한 후, 발치 치조와에 EPO 10 IU/ml를 국소 적용하였다. Masson의 삼염색(Masson's trichrome; MTC) 염색을 이용한 조직형태학적 관찰 결과, EPO 처리군에서 14일 후 골형성이 촉진됨이 확인되었다. 또한 대조군에 비해 EPO 처리군에서는 혈관내피세포 성장인자(vascular endothelial growth factor; VEGF), CD31, runt-related transcription factor 2(RUNX2), 골칼슘(osteocalcin; OC)에 대한 더 강한 양성 반응이 관찰되었다. 한편 염증 표지자인 골수과산화효소(myeloperoxidase)는 EPO 처리군에서 1일 및 5일째에 감소하였다. 종합하면, EPO는 골아세포 계통(osteoblast cell lineage)에서 신호전달 조절을 변화시키고 염증을 조절함으로써 골의 치유와 재생을 촉진하며, hPDLF 세포에서는 상대적으로 그 정도가 덜한 것으로 나타났다.

치주염의 주요 특징인 치조골 소실은 파골세포의 활성화로 인해 발생하며, 그 결과 치아가 흔들리고 빠질 수 있다. 과도한 파골세포의 분화와 기능을 억제할 수 있는 약물의 개발은 치주질환 환자에게 유익하다. 약물 발견의 어려움이 있는 점을 고려할 때, 약물 재창출(drug repurposing)은 시판되는 화합물의 대체 용도를 확인하는 효율적인 접근법이다. 본 연구에서는 선택적 지방산 아마이드 가수분해효소(fatty acid amide hydrolase, FAAH) 억제제인 PF-3845가, 수용체 활성화 핵인자 카파 B 리간드(receptor activator of nuclear factor kappa B ligand, RANKL) 매개 파골세포 생성(osteoclastogenesis)과 그 기능, 그리고 실험적 치주염에서 치조골 파괴 치료를 위한 치료 가능성에 미치는 영향을 조사하였다. PF-3845는 파골세포 분화를 유의하게 억제하였고, 활성화 T세포 핵인자 1(nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1, NFATc1)의 유도와 파골세포 특이 마커의 발현을 감소시켰다. 또한 PF-3845에 의해 액틴 고리(actin ring) 형성과 파골세포에 의한 골 흡수(osteoclastic bone resorption)가 감소하였으며, 이러한 항(anti-)파골세포생성 및 항(anti-)흡수 활성은 빠르게 가속화된 섬유육종(rapidly accelerated fibrosarcoma, RAF), 미토겐 활성화 단백질 키나아제(mitogen-activated protein kinase, MEK), 세포외 신호 조절 키나아제(extracellular signal-regulated kinase, ERK) 및 핵인자 카파 B(nuclear factor κB, NF-κB) 억제제(IκBα)의 인산화 억제를 통해 매개됨이 확인되었다. 더 나아가, 생체 내(in vivo) 실험적 치주염에서 봉합사(ligature) 부착으로 유발된 파골세포의 수 및 치조골 파괴의 양이 PF-3845의 투여에 의해 감소하였다. 본 연구는 PF-3845가 파골세포 생성을 억제하고 치조골 소실을 예방할 수 있음을 보여주며, 파골세포 관련 질환에 대한 치료제로서의 역할에 대한 새로운 통찰을 제공할 수 있음을 시사한다.