[임플란트 임상] UV만 쐬던 임플란트, 이제는 제대로 SOI다
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[임플란트 임상] UV만 쐬던 임플란트, 이제는 제대로 SOI다
  • 이원우 원장, 박창주 교수
  • 승인 2022.06.13 13:12
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이원우 원장, 박창주 교수의 임플란트 임상

이번 호에는 임플란트의 새로운 표면처리 기술인 SOI(Super-OsseoIntegration)에 대해 살펴보고자 한다. 독자들의 이해를 돕기 위해 이원우 원장과 박창주 교수의 SOI표면처리에 대한 다양한 임상증례 등을 소개한다. 

임플란트의 재료인 티타늄은 우수한 생체적합성 및 뛰어난 부식 저항성을 지니고 있어, 치과뿐만 아니라 다른 의과 영역에서도 널리 사용되는 물질입니다. 

티타늄이 공기에 노출되면 titanium dioxide layer라 불리는 얇고 안정된 산화막을 형성하게 되는데, 이렇게 생성된 막을 통해 더 이상 산화가 진행되는 것을 방지할 수 있습니다. 
뿐만 아니라 이 막은 임플란트 표면의 친수성(hydrophilicy)과 이후에 진행되는 골 유착(osseointegration) 과정에서도 중요한 역할을 담당하게 됩니다. 

문제는 이러한 산화막이 시간이 지남에 따라 대기 중에 존재하는 탄소에 의해 오염된다는 점입니다. 

공기 중에 존재하는 탄소는 임플란트 표면의 산화막에 hydrocarbon의 형태로 점차 축적되고, 그 결과 임플란트 표면의 소수성(hydrophobicity)을 증가시키고 여러 세포의 부착 능력 역시 감소시키게 됩니다. 이러한 현상을 생물학적 노화(biologic aging)라 부르는데, 임플란트에서도 사람에서 진행되는 일종의 노화현상이 발생한다는 것이 많은 연구를 통해 밝혀진 바 있습니다.  
이러한 임플란트의 노화현상을 방지하기 위해 지금까지 여러 기술이 활발하게 연구되어 왔습니다. 

그중에서도 가장 주목받고 있는 기술은 바로 자외선(ultraviolet ray; UV) 처리, 보다 구체적으로 자외선 광 기능화(UV photofunctionalization)입니다. 
다소 용어가 생소하게 들리실 수 있겠지만, 흔히 식당에서 볼 수 있는 살균기의 푸른색 빛을 기억하시나요? 

이와 같은 푸르스름한 빛을 띠는 자외선 중 특히 UV-C 영역의 자외선을 이용하여 짧게는 몇 분, 길게는 24 ~48시간 동안 처리한 임플란트 표면에서는 공기 중의 산소와 반응이 일어나게 됩니다. 그 결과 임플란트 표면에 친수성을 좌우하는 OH-기가 다수 생성되어 골유착능이 크게 개선되는 효과를 가져올 수 있습니다.

최근에 일반적으로 사용하는 UV-C 영역의 자외선뿐 아니라 보다 강력한 vacuum-UV 영역의 자외선을 동시에 이용해 처리하는 방식, 즉 이중 자외선 광 기능화를 통해 임플란트의 표면을 더욱 향상되게 하는 방법이 소개되어 주목받기 시작하고 있습니다. 

Vacuum-UV는 기존 UV-C보다 더 낮은 파장을 가진 자외선이기 때문에 더욱 강력한 효과를 낼 수 있습니다. 

기존 자외선 광 기능화는 임플란트 표면에 OH-기만을 형성했다면, 이중 자외선 광 기능화는 O2-나 O3-기까지도 형성할 수 있어 산화막을 오염시키는 물질인 hydrocarbon을 보다 잘 제거하게 되고, 결과적으로 임플란트 표면은 초친수성(super-hydrophilicity)을 나타낼 수 있습니다. 초친수성을 띄는 임플란트 표면에서는 혈액 응집 반응이 촉진되어 혈병 형성이 더욱 안정적으로 일어날 뿐 아니라, 골 유착의 증진 역시 관찰되게 됩니다.

다만 이러한 이중 자외선 광 기능화 중 발생하는 O3-는 강력한 살균력을 가지고 있지만 인체에 유해한 물질이기 때문에, 이러한 처리 과정은 치과가 아닌 임플란트 생산공장에서 진행되어야 하는 제한점이 있게 됩니다. 

여기서 또 다른 문제가 발생합니다. 공장에서 이중 자외선 광기능화를 거쳐 만든 이러한 초친수성 임플란트를 어느 정도의 유통 및 보관 후 실제 임상에서 사용할 때도 이른바 제조 직후 상태 그대로 효과를 유지할 수 있게끔 어떻게 보존할 것인가에 대한 문제였습니다. 이를 위해 여러 임플란트 제조회사에서는 액체에 보관하여 제품 포장을 진행하는 방식을 시도해 왔습니다. 하지만 최근 연구에 따르면, 임플란트를 액체에 장시간 담가 두면 임플란트 표면의 친수성을 담당하는 OH-기가 사라지고, 그 대신 표면에 수막(aqueous film)이 형성되어 오히려 골 유착에 방해가 될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.

자외선 광 기능화를 통해 임플란트의 물성을 극적으로 개선할 수 있었지만, 정작 그 효과가 공장에서의 제조 직후에 국한될 수밖에 없는 현실의 벽에 가로막힌 것입니다. 제가 오늘 소개해드릴 SOI 표면처리 기술이 바로 여기서 빛을 발하게 됩니다. SOI는 말 그대로 골 유착을 ‘초’극대화 시킬 혁신적인 표면처리 방법입니다. SOI에서는 일반적인 액체 대신 산-염기 완충물질(pH-buffering agent)의 일종인 HEPES (hydroxy-ethyl piperazine ethane sulfonic acid)을 이용함으로써 수막 형성을 방지하고, 더 나아가 완충물질이기 때문에 임플란트 식립을 위한 드릴링 직후 발생하는 산성 환경에서 중화 작용하게 됩니다.

염증 및 조직 자극에 의해 발생하는 산성 환경은 일반적으로 파골세포(osteoclast)를 활성화하게 되어, 식립 된 임플란트의 초기 고정력을 해치게 되는데 이때 완충물질은 이러한 산성 환경을 중화할 뿐만 아니라, 조골세포(osteoblast)의 전신인 전조골세포(pre-osteoblast)를 활성화함으로써 골 형성이 활발하게 일어나게 하고, 결과적으로 임플란트의 골 유착도 증가시킬 수 있습니다. 

이 외에도 SOI 임플란트 표면은 박테리아를 밀어내는 일종의 방어막을 형성하여 수술 직후 감염을 예방하는 효과가 있고, 최근 진행된 연구(Park et al, Coating, 2020)에서는 임플란트 주변에 섬유소 망(fibrin network)을 보다 빠르고 안정적으로 형성하여 우수한 지혈 효과를 나타낸다는 사실도 밝혀졌습니다.

이는 특히 불리한 골질을 지닌 수술 부위나 골유도 재생술(guided bone regeneration; GBR), 상악동 거상술과 같이 임플란트의 초기 고정력이 낮을 것으로 예상되는 증례들에서 큰 의미를 갖게 되는데, 비록 표본 수는 적지만 임플란트 골 유착의 지표가 되는 임플란트 안정성 지수(implant stability quotient; ISQ)를 측정/비교한 임상 실험을 통해 이러한 사실을 확인할 수 있습니다(그림 1).

초기 식립 토크가 20 Ncm이나 20~40 Ncm으로 낮았던 증례들에서 통계적으로 유의할 만한 임플란트 안정성 지수의 증가를 확인할 수 있었습니다. 

SOI 표면처리가 실제 임상에서는 어떻게 활용되는지 대표적인 두 가지 증례를 통해 함께 살펴보겠습니다. 첫 번째는 상악동 거상술 증례입니다. 초진 시 파노라마 사진을 보시면 #27 결손 부위 잔존 치조골의 높이가 대략 4mm 정도로, 수압 거상법(hydraulic lifting)을 이용한 치조정 접근을 시도하였습니다(그림 2). 임플란트는 TS III SOI Ø4.5 X 8.5 mm (Osstem)을 선택하였습니다. 

절개 후 판막을 연 후 CAS KIT (Osstem)을 이용한 드릴링과 상악동 막의 분리/거상을 시행하였습니다. 이종 골 이식재인 A-Oss (Osstem) 0.5 g을 이식하였고, 임플란트의 초기고정력이 좋았기 때문에 치유 지대주를 동시에 연결할 수 있었습니다(그림 3). 

여기까지 보시면 평범한 임플란트 증례라고 보실 수 있겠지만, SOI 표면처리의 놀라운 효과는 수술 후 추적 과정에서 확인할 수 있었습니다.

우선 수술 직후 촬영된 파노라마 및 콘빔 씨티에서 상악동 막이 거상 되고, 그 하방에 이식된 뼈가 존재하며 임플란트 역시 동시에 식립된 모습을 관찰하실 수 있습니다(그림 4). 

최종 보철물로 수복된 수술 후 8개월째의 파노라마와 콘빔 씨티를 보도록 하겠습니다(그림 5). 상악동 거상술의 경우 대부분 시간이 지남에 따라 거상 되었던 상악동 막이 다시 가라앉지만, SOI 표면처리 임플란트를 사용했던 이번 증례에서는 빠르고 광범위한 혈병 형성을 통해 상악동 막이 가라앉지 않았을 뿐 아니라, 더 나아가 골이식재 사용 부위를 포함해 상악동 막이 거상 되었던 넓은 부위에 신생골이 형성된 것을 관찰할 수 있었습니다.

두 번째는 발치 후 즉시 임플란트 식립 증례로 #13, #21, #23 치아의 발치와 동시에 임플란트를 식립하였고 비교적 많은 양의 골유도 재생술을 시행하였습니다. 이번에도 임플란트는 TS III SOI Ø4.0 X 10mm로 골이식재는 자가골과 이종골인 A-Oss를 섞고 차폐막으로는 Bio-Gide compressed (Geistlich)를 사용하였으며 이를 고정하기 위해 여러 개의 bone tack들(Osstem)을 사용하였습니다. 

그림 6은 임플란트 식립 전후의 파노라마 사진을 비교하고 있습니다. 그림 7의 좌측 사진은 임플란트 식립 직후의 모습으로, #13과 #23 발치와에 식립 된 임플란트 주변과 #21 임플란트 협측에 큰 골 결손들이 동반된 것을 확인할 수 있습니다.

임플란트 식립과 동시에 골유도재생술을 시행하였고, 다소 이른 감이 있지만 4개월 경과 후 시행한 2차 수술 시 #13과 23 발치와와 #11 협측을 포함한 전반적으로 충분한 골 재생이 일어난 것을 관찰할 수 있었습니다.

흡수성 차폐막을 사용했음에도 불구하고, 이렇게 좋은 결과를 얻을 수 있었던 이유는 SOI 표면처리 임플란트 주변으로 외과적 시술 직후의 산성 환경이 중화되어 골 형성 세포들의 분화가 적극적으로 이루어졌고, 동시에 골이식재를 잡아주는 혈병 형성이 안정적으로 일어났기 때문으로 추측할 수 있겠습니다. 


이번 칼럼의 결론입니다. 임플란트 증례들을 되돌아보면 임플란트 임상의로서 식립 능력이나 세심한 술식도 물론 중요하지만, 임플란트는 결국 저희의 손을 떠나 상당 시간 환자에게 머물러 있기 때문에 좋은 임플란트의 선택도 매우 중요하다고 볼 수 있겠습니다.

이런 측면에서 SOI 표면처리는 마치 가뭄의 단비처럼, 그동안 정체되어 있던 임플란트의 표면처리 기술에 새로운 이정표를 세웠다고 생각합니다. 저에게 큰 만족감을 주었던 이러한 SOI 표면처리를 여러분들도 직접 경험해보시길 자신 있게 추천합니다. 감사합니다. 


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