what is growth factor
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what is growth factor
  • 이명호 전주 명인치과 원장
  • 승인 2006.06.07 15:05
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덴포섹션/ Implant

이 명 호
명인치과 원장
dentalin@hanmail.net

글싣는 순서

1. What is growth factors
2. Ridge augmentation graft
3. Sinus lift graft
4. Periodontal defect treatment
5. Regeneration of soft tissue

이번호에서는 성장인자(growth factors)가 무엇인지 알아보고, 혈소판(platelets or thrombocytes), 혈소판 활성과 응집(platelet activation and aggregation), PRP를 만드는 과정, PRP membrane(=autologous fibrine) 등에 대해 언급하고자 한다.

 

What is growth factors


성장인자가 세포로부터 방출되면 그들의 특정신호(specific signal)를 보내기 위하여 그들과 상응하는 수용체(receptor)와 교류한다. 이들 수용체는 단백질로 세포의 얇은 막에 위치한다(그림1-1).
성장인자가 특정한 수용체에 부착하는 것은 세포외의 현상이 세포내 현상으로 바뀜으로써 생물학적 작용을 시작한다. 즉 자극이 세포내부로 전해지며 그때 그곳에서 증폭된다. 성장인자 이름은 각자의 활동 또는 분리된 곳을 나타내며 그들의 치료적인 특성뿐만 아니라 기본적인  생물학적 관련이 있어 끊임없이 연구되고 있다.

<그림1-1>


<그림1-1> a)GF는 자체 성장요소(autocrine growth factor)로서 역할을 한다. 즉 세포가 그 자체의  수용체 역할을 함으로써 합성된다.
b)GF는 근접한 성장요소(paracrine growth factor)로서 역할을 한다. 즉 근접하거나 멀리 있는 다른 세포에 영향을 끼침으로 작용한다.

지난 몇 년 동안 in vitro와 연관된 기초 조사에 의거하여 최근에 임상적인 시도가 되고 있다. 골조직과 다른 조직에 존재하는 일부 성장요소들은 재생과 관련되며 다음과 같다
    PDGF            : platelet derived growth factor
    VEGF            : vascular endothelial growth factor
    TGF-beta        : transforming growth factor-beta
    aFGF and bFGF  : acid and basic fibroblast growth factors
    IGF-1 and IGF-2 : insulin-like growth factors 1 and 2
    EGF              : epidermal growth factors

이러한 성장인자의 작용 및 상호작용은 세포의 종류(골아세포, 섬유아세포) 및 이들 세포의 성숙도에 따라 다르다(그림1-2).

Activity rate of growth factors

<그림1-2>


<그림 1-2> 성장요소들의 상대적인 활성화율을 보여준다.

<그림1-3>

PDGF와 TGF-beta는 잘 알려진 상처 치유 호르몬이다. 두 단백질은 골과 피부의 치유에 중요한 역할을 하며 신체 내에 가장 고농도로 발견된 곳이 혈소판이다(그림1-3).

 


혈소판(platelets or thrombocytes)

혈소판은 혈구(blood cell)로서, 혈소판은 전구세포인 거핵세포(megakaryocyte)로부터 형성된다. 일련의 단계가 지난 후에 이 거핵세포의 세포질 과정(cytoplasmic processes)으로 세포질이 분리되어 혈소판을 형성한다. 그래서 무핵세포(anucleate)이다.


혈소판은 원반모양(disk-shaped)이며 직경은 1-3??m이다. 건장한 성인의 말초 혈액(peripheral blood)에 있는 혈소판 수는 150,000-400,000/ml이다
 혈소판
· 골수거핵구라는 세포의 세포질에서 생성.
· 핵이 없음-새로운 단백질 형성 못함, 혈중에 물질 받아 들여 과립형태로 세포내 축척.
· 과립- 농염과립, 알파과립, lysosome.
· 알파과립-growth factor. PDGF, TGF - ß,IGF > VEGF


Anucleate.disk-shaped. 1-3㎛ dia.

<그림1-5>

<그림 1-5>혈소판의 횡단면, 핵이 없는 무핵세포임을 알 수 있다. 또한 모양 및 알파 과립자 수를  확인할 수 있다.

혈소판 내 과립은 농염과립, 알파과립, lysosome의 형태가 있는데, 이 중 알파과립은 성장인자(gowth factor)인 PDGF, TGF-베타, IGF, VEGF 등이 있다.
혈소판은 유착(adhesion), 활성화(activation), 응집(aggregation)과정을 거치는데, 유착은 혈관의 상처로 노출된 내피하(subendothelium)에 유착하며, 이때 혈관벽 내부의 콜라겐 섬유와 von Willebrand 요소가 상호작용한다. 혈소판은 주로 GP-lb-lX 합성물과 GPllb-llla 인테그린과 같은 특수한 수용체를 통해 이러한 물질에 정착함으로 결합하다. 활성화는 원반형(disk-shaped)에서 가족(pseudopodia)을 갖는 구형(spherical form)로 모양이 변화하면서 활성화가 된다(그림1-6).


응집은 서로 달라붙고 이 연합체는 피브리노겐이 붙는 GPII-a integrin의 활성화에 의한다. 이 모든 과정은 생체 안에서 이루어진다. 그러나 blood collection 할 때 항응고제를 첨가했기 때문에 염화칼슘과 트롬빈이 첨가 되어야 이러한 활성이 이루어진다. 이때 칼슘과 트롬빈이 첨가 될 때 혈소판은 구조를 바꾸고 응집한다. 혈소판의 응집과 과립자 배출전에 집중화(centralization)된다(그림1-7).
그런 다음 탈과립(혈소판에서 알파-과립자 내용물 배출)한다. 이러하기 때문에 응집형성되는 시간이 중요하다. 왜냐하면 이 사이에 성장인자가 소실되기 때문이다.


<그림1-6> 칼슘과 트롬빈의 영향으로 인한 혈소판 활성화 도식. 혈소판은 세포막 수용체(GPlb-lx, GPllb-llla)의 작용에 의하여 모양이 변하여 소로 유착한다.

 

 
<그림1-7> 전자 현미경을 사용하여 혈소판의 응집 현상을 관찰할 수 있다. 이 형태는 혈소판의 응집과 과립자가 배출 전에 집중화(centralization) 되는 모습을 보여준다.


PRP를 만드는 과정

치료를 요하는 양에 따라 적은 양의 혈액인 20cc~50cc를 주로 사용하고 있다.
일단 50cc 시린지에 항응고제를 혈액량에 1/10을 넣고(그림1-8) 채혈을 하는데, 항응고제는 여러 종류가 있다(EDTA, ACD heparin, sodium citrate, CPDA). 이중 주로 사용하는 것은 ACD와 sodium citrate가 좋다. Blood를 채취하는 곳은 천자하기 가장 용이한 팔꿈치 전박와(그림1-9, 10)에서 주로 시행하고 있으며, 이곳은 중앙요측 정맥이 팔동맥(brachial artery)의 앞을 지나가고 있기 때문에 특별한 주위가 요구된다. 만약에 동맥에 약물이 주입하는 것은 영구적인 손상을 가져올 수 있다.

<그림1-8> 항응고제가 들어 있는 모습을 보여준다.

 

<그림1-9>전박와에서 blood collection. 23G needle 사용하지 말고, 16, 18G 이상 needle 사용

 

<그림1-10>Blood를 채취한  모습

 


<그림1-11> 전완 복면 부분(ventral part)의 정맥. 팔꿈치  전방와의 정맥은 넓고 접근이 쉽다.


가끔  접근성이 좋은 정맥인 손등과 요측피정맥(cephalicvein)에서 시행을 하기도 한다(그림1-12, 13). 혈장을 분리하기 위한 장비는 자동화된 장비(그림1-14, 15, 16)부터 수동으로 하는 장비까지 다양한 장비가 있다. 각 장비는 일정량의 소모품이 있는데 이에 대해서도 다양한 가격 차이가 있다.

 


<그림1-12> 손등정맥

 

<그림1-13> 요측 피정맥

 

<그림1-14> Plasmapheresis/cell separator

 


<그림1-15> Fully automated office device

 


<그림1-16> Semi-automated office

국내 장비도 PRP를 제작하기 위한 장비가 있는데 제품가격과 소모품이 적게 들어 주로 사용하고 있다(그림1-17). 혈장을 분리하는 방법은 여러 가지 프로토콜이 있는데 우리 국내에서 주로하고 있는 방법은 치예원 프로토콜을 사용하고 있다(그림1-18a, 18b).

 

<그림-17>정산 원심 분류기. 수동


Platelet gel  :  PRGF       

   = 기술은 같은 원리
1. Two spin                         1. One spin

   고농도 PC                        혈소판이 풍부한 혈장(PRP)

2. 400-500cc (고가기계)         2. 4.5-5cc(10-30cc)

3. bovine thrombin 사용         3. calcium 사용(0.05 /1cc PRGF)

4. 입원                                4. 외래



 

치예원 procedure
 1. Two spin
 2. 40-50cc
 3. human thrombin
 4. 외래

Two spin을 하는 치예원 과정은 일정량의 혈액을 수술하기 몇분 전에 채취하고(치료할 결손부의 크기에 따라 20-50cc) 저속으로(2,000G, 3min)회전하면 약간의 차이는 있지만 거의 절반으로 분리된다. 위층은 PRP(platelet rich plasma), PPP(platelet poor plasma)로 분리되고 아래층은 상부에 백혈구와 아래층의 대부분을 차지하는 적혈구로 구성 된다(그림1-19, 20).
  

                        
<그림1-19> 40cc 전혈               

 

<그림1-20>1차 원심분리후(2,000G, 3min)

PRP와 PPP를 다시 채취하여 고속(5000G,5min)으로 회전하고 채취한 혈액의 1/10를 남기고 상부는 제거한다(그림1-21). 전체혈액의 1/10로 구성된 고농축 혈소판액이다. 이것은 일반 말초혈액 혈소판 농도에 비하여 3~8배의 농도이다. One spin하는 다른 프로토콜은 실험관에 일정량의 혈액을 채취한 다음 저속으로(460G, 8min) 회전하면 혈장이 두분으로 나누어진다(그림1-22, 23).

 


<그림1-21> 2차 원심분리한 다음 상부층을 제거후 농축된 PRP. 밑이 붉은 것은 적혈구가 약간 들어간 상태

    


<그림1-22> 좌우 대칭이 되게 천칭한 것. 1차 원심 분리후.

 

<그림1-23> 3부분으로 나누어짐. 적혈구 바로 상방이 가장 농축된 PRGF(platelet rich in growth factor)

이때 상부를 다시 3분획하면 최상부 1분획은 말초 혈액과 비슷한 혈소판수를 포함하고, 2분획은 2배의 혈소판을 함유하는 혈장이다. 가장 고농도인 혈소판 혈장분획은 적혈구와 백혈구를 포함하지 않는 제3분획이다(3-4배).


혈소판 활성과 응집(platelet activation and aggregation)

일단 성장인자를 포함한 혈소판을 얻으면 응집을 유도하기 위하여 시약을 사용한다. 시약도 여러 가지가 있다(그림1-24, 25, 26). 시약을 사용하는 이유는 항응고제 사용으로 혈액에 존재하는 칼슘이온에 킬레이션 반응으로 혈액이 응고되는 것을 막았기 때문에, 이번에 반대로 혈액의 일반적인 응집반응을 유도하기 위하여  칼슘과 트롬빈을 투여한다.

 


  
<그림1-24> Tisseel-FDA 승인, 20년 이상 사용

 

  
<그림1-25> 녹십자 green-plast

 


<그림1-26> 한국유나이티드제약㈜

그러나 어떤 다른 프로토콜에서는 소트롬빈(bovine thrombin)에 항체를 형성하기 때문에 사용하지 않는 곳도 있다. 그러나 또 다른 프로토콜에서는 트롬빈은 bovine의 뇌와 척추에서 채취하지 않고 혈액에서 채취하기 때문에 문제가 없다 하고, 다른 프로토콜에서는 인간의 트롬빈을 사용한다. 응집은 시약의 농도, 체온의 온도, 이식제가 자가골 일수록 응집 시간이 빨라진다.


PRP membrane(=autologous fibrine)

위에서 언급한 것처럼 트롬빈과 염화칼슘을 첨가하면 응집반응이 활성화 되어 피브리노겐이 피브린으로 유도된다.
전자현미경 사진에서 보면 먼저 피브린 그물이 형성되고 혈소판이 활성화 되면서 알파과립을 방출하고 지속적으로 변화를 격고 마직막 단계에서는 퇴축(retraction)이다, 퇴축된 응집은 성장인의 내용물이 제거될 것이고 피브린 섬유는 두껍고 더 조직화 될 것이다(그림1-27, 28, 29).
 
     


      PRP층                                                                     PPP층
<그림1-27> 좌측: PRP로 membrane 만듬. 우측:  PPP로 membrane 만듬

 


<그림1-28> 핀셋으로 잡았을 때 강도

 

<그림1-29> Suture를 할 정도 강도


이처럼 얻어진 치밀 자가 피브린은 다양하게 적용할 수 있다. 수직적으로 bone을 이식 경우, 수평적으로 bone을 이식한 경우, apical repositoine flap(상부에 FGG 없이), 임프란트 식립전 drilling site에, 사랑니 이식시, 상악동 이식시 window 부분에, 상악동 socket elevation 경우, (그림1-30, 31, 32, 33, 34) membrane을 사용하지 않고 경조직(hard bone) 재생시 사용할 수 있으며, 상악동 이식시 내부가 너무 많이 파열되어도 PRP를 사용하면 membrane을 사용하지 않고도 particulate bone이 ostium으로 나가지 않아 성공할 수 있다(본인은 membrane 사용 안함).

  

                   
     수직적 augmentation시 적용                                           수평적 augmentation시 적용
<그림1-30> 좌측: 12 부위 노출 부위 augmentation, 우측: 47 부위 vertical augmentation

 


<그림1-31> 상악 전치부 apical reposition flap 시행. FGG를 시행하지 않음. 통증의 감소. 상피가 자라 올라옴


 

<그림1-32> 임프란트 식립 직전 drilling site에 PRP 적용. Drilling site에 최적으로 치유되는 환경 제공


 

<그림1-33> Sinus window에 membrane 적용하지 않고 PRP or PPP membrane 적용

 

 


<그림1-34> Socket elevation시 초기에 사용: Sinus membrane 파열 방지. Socket elevation시 도중에 사용: Growth factor 보강

 

 

그러나 상악동 내부에다 흡수성 membrane을 사용하여 사용할 수 있다(그림1-35). 또한 연조직에도 사용하면 통증도 없고, 연조직 치유에도 향상된다(그림1-36).

 


<그림1-35> Sinus 많은 파열시 안쪽에 사용

 


<그림1-36> 상피 치유에도 성장인자가 관여함

                                <다음호에는 'Ridge augmentation graft'가 연재됩니다.>

 

약 력
원광대학교 치과대학 졸업
명인치과 원장


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