치과진료 보조로봇의 개발 연구

백인규 서울대학교 대학원 2021 국내박사

COVID-19 사태로 인해 치과 내 공기매개전염병의 위험성이 점점 심화되고 있다. 불특정 다수의 구강으로부터 발생되어 나오는 에어로졸은 진료실 내 다른 환자들 뿐 아니라 의료봉사자들의 건강에도 큰 위협이 될 수 있다. 또한 치과병의원은 열악한 근무 환경으로 인해 진료보조인력의 적절한 수급에 문제가 있으며, 진료보조인력의 업무 만족도가 떨어지는 등 어려움을 겪고 있다. 이를 해결하기 위해 환자 구강에서 방출되는 에어로졸을 효과적으로 차단하고, 진료보조인력의 단순 업무를 대체할 수 있는 치과진료 보조로봇의 실현 가능성을 확인하는 것이 본 연구의 목표이다. 치과진료 보조로봇의 궁극적인 역할로는 “보조 인력의 도움없이 치과의사 혼자 하악 대구치의 지대치 형성을 가능하도록 하는 것”으로 하였다. 예비연구를 통해 필요한 기능을 융합시킨 치과진료 보조로봇의 1차 프로토타입을 개발하였으나, 인간의 형태를 모방하는 것으로는 기능적인 한계가 있었으며, 효율성과 안정성을 향상시키기 위해서 근본적인 구조 개선이 필요하였다. 그리하여 본 연구를 통해 혁신적인 형태의 2차 프로토타입을 개발하였다. 치과 진료의 역사와 함께 시작된 “4-hand dentistry”라는 개념은 본 연구를 통해 “6-hand dentistry”라는 개념으로 확장되었다. 치과진료 보조로봇의 개발 연구가 진행됨에 따라 궁극적으로는 치과진료 보조로봇과 유니트 체어가 융합되는 단계로 나갈 것이라 예상된다. 지속적인 후속 연구를 통해 IOT, A.I., Big-data 등 4차 산업 관련 기능을 접목시키게 된다면 치과진료 보조로봇이 환자와 진료보조인력, 그리고 치과의사의 관계에 긍정적인 새로운 변화를 이끌어 낼 것으로 기대된다. COVID-19 situation has raised the risk of air-borne diseases in dental offices. Aerosols from an unspecified patient’s mouth pose a major health threat to the health of medical workers as well as other patients. And dental clinic and hospitals are having a hard time getting dental assistants due to poor working conditions. To solve this problem, a prototype of dental assistant robot that can effectively block aerosols from the patient’s mouth and replace simple tasks of the dental assistants was researched and developed. The ultimate specific goal of the function intended to be implemented was "to enable the dentist alone to prep lower molar teeth.". Preliminary research has developed a first prototype that incorporates the necessary functions, but there was a limit to imitating human form, and structural improvements were essentially needed to increase efficiency and stability. Thus, through a main study, an innovative form of secondary prototype was developed. The concept of "four-hand dentistry," which began with the history of dental treatment, was transformed into "six-hand dentistry." As the development research progresses, it is expected that the dental assistant robot and dental unit chair will eventually be merged. Continuous follow-up research will lead to a new positive change in relationships between patients, dental assistants, and dentists if they incorporate fourth industry-related functions such as IOT, A.I., and Big-data.

전부 도재관 시스템의 에나멜 및 덴틴 도재층 두께 비율이 색상에 미치는 영향

주성원 서울대학교 대학원 2014 국내석사

초 록 전부 도재관 시스템의 에나멜 및 덴틴 도재층 두께 비율이 색상에 미치는 영향 주성원 서울대학교 치의학대학원 치의과학과 치과생체재료과학 전공 1. 목 적 최근 지르코니아 보철의 사용이 기하급수적으로 증가하면서 전부 도재관 시스템의 심미적 특성에 대한 관심이 늘고 있다. 수복물의 기본을 이루는 코어의 상부에 덴틴 및 에나멜 도재층이 올라가게 되는데 현재까지는 도재 색조 재현의 한계로 인해 도재층의 두께에 따라 색상의 변화가 발생한다. 이에 에나멜 및 덴틴 도재층이 일정 두께에서 가지는 비율에 의해 어느 수준의 색상 변화가 생기는지 알아보고자 하였다. 2. 방 법 전치부 전부 도재관을 재현하기 위해 IPS e.max Press 및 두 종류의 지르코니아 시스템(Lava, Zirkonzahn)을 이용하여 0.3 mm 코어를 제작, 쐐기 모양으로 제작된 에나멜 및 덴틴 도재층을 그 위에 중층하여 세 가지 색조(A1, A2, A3.5)에 해당하는 시편을 구성하였다. 비니어층의 두께는 2 mm로 일정하게 하였으며 연속적 색상 측정을 위해 모터로 가동되는 무빙 스테이지를 이용하여 0.25 mm 간격으로 시편을 이동시켰다. 색상의 측정은 분광방사휘도계를 이용하였으며 각 도재층의 두께가 1 mm로 1:1 비율을 가지는 중간 지점을 기준으로 한 양측으로, 비율 변화에 따른 색차를 구하였다. 양 끝단 간의 색차 역시 계산을 통해 구하였다. 색차의 인지 역치는 ΔE*ab = 2.6, 허용 역치는 ΔE*ab = 5.5를 이용하여 결과 분석을 수행하였다. 3. 결 과 IPS e.max Press의 경우 에나멜 두께 1.8 mm일 때 A3.5 색조에서 ΔE*ab가 3.96으로 최대값을 나타냈으며 덴틴 두께 1.8 mm일 때 역시 A3.5 색조에서 7.21로 최대의 색차를 나타내었다. 두께 비율에 따른 양상은 A1을 제외하고 덴틴층 비율 증가에 따른 색차의 변화가 더 컸다. Lava에서도 색조에 따른 변화 양상 및 두께 비율에 따른 양상이 유사한 결과를 나타내었다. 반면 Zirkonzahn은 밝은 색조에서 색차가 크게 나타나는 경향이 있었으며 A2를 제외하고 에나멜층 비율 증가에 따른 색차의 변화가 더 컸다. IPS e.max Press가 인지 역치 이내의 색차를 많이 보여주었으나 허용 역치를 기준으로는 지르코니아 시스템이 IPS e.max Press에 비해 색차가 크다고 볼 수는 없었다. 에나멜과 덴틴 비율의 양 끝간의 색차는 모두 ΔE*ab가 2.6 이상에 대부분 5.5를 넘었으므로 수복물의 최종 색조 재현에 있어 에나멜과 덴틴의 두께 비율 조절에 유의해야 할 것이다. ………………………………………………………………………………… 주요어 : 올세라믹, 지르코니아, 도재, 색차, 두께 비율 학 번 : 2010-22027

치수세포에 대한 과산화수소 세포독성 및 치과용 레진 단량체의 분화 저해 기전 연구

권지현 서울대학교 대학원 2014 국내석사

1. 목 적 치과용 미백제의 주요 활성물질인 과산화수소는 구강세포에 산화 스트레스를 유발하여 세포독성을 유발할 수 있으며, 치수세포는 치수강을 통하여 과산화수소에 노출될 위험이 있다. 또한 치수세포는 레진계 상아질 접착제 및 수복 재료에서 유출되는 미중합 레진 단량체에 노출될 위험성이 항상 존재한다. 치수세포는 3차 상아질의 형성에 매우 중요한 역할을 담당하므로, 과산화수소 및 레진 단량체 등의 외부 독성 물질에 의해 치수세포의 기능이 저해될 수 있으며, 최종적으로 치아의 수명이 감소할 수 있다. 본 연구에서는 과산화수소의 농도와 노출시간을 달리하여 치수세포의 생존율을 조사하고, 임상에서 사용되는 치아 미백제의 독성 연구에 기초 자료를 제시하고자 하였다. 또한 레진 단량체 중에서 유출이 가장 많이 되는 것으로 알려져 있는 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA)와 triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA)의 치수세포 분화 저해 정도를 조사하고, 분화 저해 기전을 밝히고자 하였다. 2. 방 법 다양한 농도의 과산화수소로 노출시간을 달리하여 치수세포을 처리하였으며, 세포독성은 WST 법 (modified MTT 법), 치수세포 내 활성산소종은 2`,7`-dichlorofluorescein diacetate (DCFH-DA)를 이용하여 측정하였다. 비가역적 세포사멸을 초래하는 과산화수소의 농도 및 노출시간을 결정하였으며, 활성산소 측정을 통하여 세포사멸에 대한 hydroxyl radical의 기여 정도를 조사하였다. 치수세포 분화에 대한 HEMA 및 TEGDMA의 영향은 세포독성을 나타내지 않는 농도에서 조사하였다. 분화에 대한 영향 평가를 위해 alkaline phosphatase (ALP) 활성, dentin sialophosphoprotein (DSPP), osteocalcin (OCN), osteopontin (ONV)의 발현을 관찰하였다. 레진 단량체의 분화 저해 기전을 조사하기 위하여, ERK1/2, JNK, p38 발현 변화를 분석하였다. 3. 결 과 과산화수소가 치수세포의 생존율에 미치는 영향을 평가한 결과 과산화수소의 노출농도와 노출시간이 증가 할수록 세포의 생존율이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 세포 세척시간이 길수록 세포 생존율이 효과적으로 회복되는 것이 관찰되었다. 과산화수소에 30분 동안 5 mM이하, 60분 동안 2.5 mM이하 노출된 치수세포는 세척시간에 따라 세포 생존율이 회복되는 가역적인 세포독성을 나타내었다. 그러나 보다 높은 농도에서 오랜 시간 과산화수소에 노출될 경우 세포 생존율이 회복되지 않는 비가역적인 독성이 나타났다. 치수세포 내의 hydroxyl radical은 과산화수소의 노출농도와 노출시간에 비례하여 증가하였다. Fenton reaction inhibitor로 알려진 deferoxamine (DFO)과 과산화수소를 함께 처리하였을 때 효과적으로 hydroxyl radical이 제거 되었지만, 세포의 생존율 회복에는 큰 영향을 미치지 않았다. TEGDMA와 HEMA가 치수세포의 생존율과 ALP 활성도에 미치는 영향을 평가한 결과 단량체의 농도가 증가 할수록 생존율과 ALP 활성도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. TEGDMA는 1 mM, HEMA는 4 mM 이상의 농도에서 세포독성이 나타났다. ALP 활성도는 TEGDMA 0.5 mM, HEMA 2 mM이상에서 저해되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 단량체들이 제거된 후에도 5일 동안 감소된 치수세포의 ALP 활성도가 완전히 회복되지 못하는 것이 관찰되었다. 세포독성은 나타나지 않지만 ALP 활성도가 저해되는 단량체의 농도 (TEGDMA 0.5 mM, HEMA 2 mM)를 설정하여 치수세포의 유전자에 미치는 영향을 조사하였다. 단량체가 처리된 치수세포는 분화능과 관련된 유전자인 DSPP, OCN, OPN의 발현이 모두 저하된 것을 확인할 수 있었다. Western blot을 통해 단량체가 치수세포의 분화 저해 기전을 조사하였다. 단량체가 처리된 치수세포의 ERK1/2, JNK, p38 단백질 발현 변화를 관찰한 결과 p38이 TEGDMA와 과산화수소에 영향을 받는 것이 관찰되었다. 3시간 동안 TEGDMA 0.5 mM, 과산화수소 0.2 mM에 노출된 치수세포의 p38 단백질 발현이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 TEGDMA가 p38 신호전달체계에 변화를 유발하여 최종적으로 치수세포의 분화능 저하를 야기한 것으로 판단된다.

염기성 pH 제어형 mineral trioxide aggregates (MTA)의 조직적합성 연구

박현제 서울대학교 대학원 2022 국내박사

본 연구에서는 칼슘실리케이트 (calcium silicate)계 치과용 충전재인 mineral trioxide aggregate (MTA)에 bone cement의 주요 구성 성분인 dicalcium phosphate dihydrate (DCPD)를 첨가하여 강염기 pH의 제어 능력을 확인하고 해당 재료의 생체적합성을 평가하고자 하였다. OrthoMTA와 DCPD-OrthoMTA의 경화과정에서 시간에 따른 pH 변화를 측정한 결과 용출 7일 차부터 DCPD-OrthoMTA의 pH가 11.0 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있었고, 19일 차에는 OrthoMTA의 pH가 11.6±0.4, DCPD-OrthoMTA의 pH가 8.8±0.6을 나타내 OrthoMTA와 비교하여 DCPD-OrthoMTA의 염기성 pH 억제 능력이 개선된 것을 확인하였다. 염기성 pH 제어 능력이 세포활성도에 미치는 영향을 평가하기 위해 섬유아세포 (NIH3T3)를 이용한 세포독성 시험을 진행한 결과 DCPD-OrthoMTA를 희석하지 않은 100% 용출액으로 처리한 세포는 23.5%의 세포활성을 보였고, 50% 용출액은 80.1%의 세포활성을 보여 OrthoMTA 용출액보다 낮은 세포독성을 유도한 것으로 나타났다. 세포독성이 경조직 적합성에 미치는 영향을 확인하기 위해 랫드(Rat)의 두개골을 이용한 골조직 이식 시험을 진행한 결과 양성대조군인 Bio-Oss는 신생골을 형성하여 결손 부위의 경조직 부피가 이식 후 4주, 8주 및 12주에 점차적으로 증가하였으나, Bio-Oss와 DCPD-OrthoMTA를 함께 적용한 경우 결손 부위의 경조직 부피 가 변화 없이 그대로 유지되었으며, 신생골 형성도 관찰되지 않았다. 이식 거부 반응 등의 부작용 없이 12주 동안 이식부위에 DCPD-OrthoMTA 입자가 안정적으로 유지되어 골시멘트 등의 생체불활성 (bio-inert) 재료로서의 가능성을 보여주었다. 연조직 적합성 평가를 위하여 마우스 등 부위의 피하조직 이식 시험을 통해 이식 부위의 염증 반응 세포, 연조직 반응 등을 전반적으로 평가한 상대 자극 지수를 산출하였으며, DCPD-OrthoMTA의 자극 지수가 OrthoMTA 보다 미세하게 높았으나, irritation grade에서는 차이가 없어 유의한 차이는 확인되지 않았다. 비록 DCPD-OrthoMTA가 경조직과 연조직에 대한 적합성을 크게 향상시키지는 않았으나 국소적으로 pH 상승을 제어하여 OrthoMTA의 생체적합성을 개선시키고, 골이식 부위에 거부 반응없이 안정적으로 잔존하는 것이 확인되어 다양한 임상에 적용이 가능할 것으로 기대된다. Alkalic pH caused by the process of setting MTA (mineral trioxide aggregates). DCPD (dicalciumphosphate dihydrate), a component of bone cement, can reduce pH of CPC (calcium phospahte cement). In this study, to evaluate the effect of pH control and cytotoxicity, DCPD-OrthoMTA was prepared, and their biocompatibility on tissue was investigated. DCPD-OrthoMTA significantly controlled alkaline pH of OrthoMTA in 24 hrs set states and reduced to pH 8.8±0.6 in 19 days after. The extract of DCPD-OrthoMTA also decreased cytotoxicity of OrthoMTA at high concentration (p<0.05). Cell viability of DCPD-OrthoMTA was 80.1% with 2-fold diluted extract but OrthoMTA was under 10%. In a calvarial defect model, a significant increase hard tissue volume in Bio-Oss but no change in DCPD-OrthoMTA was observed. In addition, there were the particles of DCPD-OrthoMTA up to 12 weeks compared with the effects of Bio-Oss. In subcutaneous inflammatory reactions, there were no significant differences among ProRootMTA, OrthoMTA and DCPD- OrthoMTA. Thus, these results suggest that alkaline pH controlled DCPD-OrthoMTA reduce cytotoxicity and keep good biocompatibility on soft tissue as OrthoMTA. Moreover, it shows the possibility of bio-inert material to be applied on diverse clinical cases.

골이식재로 beta-tricalcium phosphate collagen block의 효능 연구

전은지 서울대학교 2020 국내석사

1. 목적 발치, 치주질환, 노화, 외상 등 여러 원인에 의해서 치아 상실과 악골내에 골결손이 일어난 경우, 치조골의 재생이 이루어지지 않으면 기능적, 심미적 문제를 발생시킨다. 따라서 골재생을 위해 여러 가지 골이식재가 사용된다. 여러 이식재 중 이종골 이식재는 소나 돼지의 골에서 단백질을 제거하여 만든 골이식재로 자가골이나 동종골에 비해 사용량에 제한이 없지만 낮은 생분해성의 한계가 있다. 합성골 이식재는 대량 생산과 물성 조절이 가능하며 교차 감염의 우려가 없으나 재료에 따라 낮은 생분해성 등의 한계가 있다. 합성골 이식재 중 Beta-tricalcium phosphate (β-TCP)는 생체 내에서 분해되는 흡수성 재료로 골형성 능력은 증명 되었지만 생체 내 흡수 속도가 빠르고 기계적 강도가 약하다. 이에 본 연구에서는 β-TCP에 콜라겐을 혼합하여 만든 β-TCP Collagen을 기존 제품인 이종골 이식재 Bio-oss Collagen®과 비교하여 β-TCP Collagen의 골 재생 효과를 in vitro와 in vivo 실험을 통해 평가해 보고자 하였다. 2. 방법 In vitro에서의 실험군은 스캐폴드에 따라 아무 골이식재도 넣지 않은 대조군, Collagen plug, β-TCP Collagen, 및 Bio-oss Collagen® 실험군으로 각 군당 3개씩 실험하였다. 세포 부착 및 증식 연구에는 마우스 조골세포 전구체 세포주인 MC3T3 E1 subclone four cells (ATCC® CRL-2593™)를 사용하였다. ALP 활성은 7일, 14일 21일에 측정하였다. MC3T3 E1 세포에서 as alkaline phosphatase, collagen type I, osteocalcin 및 bone sialoprotein (BSP)을 골분화 마커로 사용하여 정량 PCR을 통해 이들 유전자의 발현을 분석하였다. In-vivo에서는 11주령의 백서 12마리의 두개부를 절개한 후 두개골 상면에 직경 8mm 크기의 골결손부를 형성하였다. β-TCP Collagen을 이식한 군, Bio-oss Collagen®을 이식한 군, Collagen plug만 이식한 군으로 분류하여 실험을 시행하였다. 실험동물들은 1주, 2주, 4주, 6주, 8주차에 마이크로컴퓨터단층촬영 (micro-CT) 되었으며 8주차에 희생되었다. 3. 결과 In vitro에서는 세포 부착과 증식 분석 평가를 보았을 때 세포 배양 시간이 증가함에 따라 대조군과 Collagen plug의 세포수가 증가하였으며, β-TCP Collagen, Bio-oss Collagen® 모두에서 명백한 세포 증식이 관찰되지 않았다. 골이식재를 활용한 MC3T3 E1 세포 배양의 ALP 활성 조사에서는 Collagen plug서 배양된 세포가 14일째에 다른 실험군과 비교하여 가장 높은 ALP 활성을 나타냈고 β-TCP Collagen에서만 21일째에 최대 ALP 활성을 나타내었다. 유전자 발현에서는 대조군과 Collagen plug에서 β-TCP Collagen, Bio-oss Collagen®보다 더 높은 수준의 골분화 마커 발현을 보였다. β-TCP Collagen에서 배양된 세포는 Bio-oss Collagen®에 비해 14일과 28일에 BSP는 4-5배, Col은 약 4배 및 1.5배 각각 증가된 발현 수준을 나타내었다. OCN의 경우 28일에 약 2배의 증가된 발현 수준을 나타내었고 그 외에는 유의한 차이를 나타내지 않았다. ALP 발현에서는 마찬가지로 유의한 차이를 나타내지는 않았다. In vivo에서는 모든 군에서 1주차에서는 명확한 골결손부가 관찰되었고 2주차부터 골결손부 경계선이 희미해지며 가장자리에서부터 중심부로의 골형성이 관찰되었다. Bone volume 백분율로 비교해보았을 때 Collagen plug군에서는 8주차에서 최대 11.47% 관찰되었으며 골전도성 골이식재로서의 역할을 하는 β-TCP Collagen군, Bio-oss Collagen®군에서는 β-TCP Collagen군은 8주차에 최대 69.54%, Bio-oss Collagen®군에서는 8주차에서 최대 67.08%까지 증가하였다. 1. Purpose In case of bone loss due to tooth loss, periodontal disease, aging, trauma, etc. if the alveolar bone is not regenerated, functional and aesthetic problems occur. Therefore, various bone graft materials are used for bone regeneration. Autograft is ideal, but have limited drawbacks and can cause secondary deficiencies in donors after harvest. Allograft does not require surgery, but there may be differences in bone formation depending on the condition of the bone donor. Xenograft is a bone graft made by removing protein from bovine or swine bone. It is not limited in amount compared to autograft or allograft, but have a low limit of biodegradability. Synthetic bone grafts can be mass-produced and controlled in physical properties and there is no risk of cross-infection, but it has limitations such as low biodegradability depending on the material. Beta-tricalcium phosphate (β-TCP), a synthetic bone graft, is an absorbent material that decomposes in vivo and its bone formation ability has been demonstrated. However, the biodegradability in vivo is high and the mechanical strength is weak. The purpose of this study is to evaluate the effect of bone regeneration compared by β-TCP Collagen with Bio-oss Collagen® in vitro and in vivo. 2. Methods In vitro experimental groups were divided into 4 groups depending on scaffolds (control without any bone graft material, Collagen plug, β-TCP Collagen, and Bio-oss Collagen® (Col), n=3 per group). The biocompatibility of the scaffolds was evaluated via a cell adhesion and growth assay. MC3T3 E1 cells were seeded and cultured on the scaffold (Collagen plug, β- TCP Collagen, and Bio-oss Collagen®) and on the bare plate without scaffold as control, and proliferation of the adhered cells was assessed via MTS assay for 1, 3 and 7 days. MC3T3 E1 cells were cultured in GM for 2 days under the same conditions as mentioned above, the medium was changed to BM, and ALP activity was measured at 7, 14 and 21 days. Quantitative PCR (qPCR) was used for evaluating the expression of osteogenic differentiation markers in MC-3T3 E1 such as alkaline phosphatase (ALP), collagen type I (Col), osteocalcin (OCN) and bone sialoprotein (BSP). Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) was used as the housekeeping gene. Twelve 9-week-old Sprague-Dawley rats with an average weight of 250g ~ 300g were used for in vivo. A dentaltrephine bur was used under copious saline solution irrigation to form a full-thickness calvarial defect. An 8-mm-diameter defect was created on the rat parietal bone, and the control graft or experimental graft was placed in the defect. The experiments were classified into 3 groups: β-TCP Collagen implanted group, Bio-oss Collagen® implanted group, and Collagen plug implanted group. The animals were micro-CT at 1, 2, 4, 6, and 8 weeks and sacrificed at 8 weeks before histological analysis. 3. Results The biocompatibility of the scaffolds was evaluated via a cell adhesion and growth assay. As the culture time increased, there was an increase in the number of cells on control and Collagen plug (p<0.05). Obvious cell proliferation was not seen both in β-TCP Collagen and Bio-oss Collagen® with prolonged incubation time. The cells cultured on Collagen scaffold exhibited the highest ALP activity at Day 14 as compared with others. The cells cultured on other scaffolds showed maximal ALP activity at Day 14, whereas on β-TCP Collagen they gradually increased with time, showing maximum activity at Day 21. To investigate the effects of scaffolds on osteogenic differentiation, the expression of osteogenic genes, including Aalkaline phosphatase (ALP), Collagen type I (Col), Bone sialoprotein (BSP) and osteocalcin (OCN), was verified by RTqPCR at Day 14, Day 21 and Day 28. Control and Collagen scaffold showed higher expression levels of bone differentiation markers as compared with mineral/Collagen composites scaffolds. In comparison of β-TCP Collagen and Bio-oss Collagen®, the cells cultured in the former showed 4 to 5-fold superior expression levels of Col and BSP over those in the latter. In vivo, clear bone defects were observed at week 1 in all groups. From week 2, the borderline of the bone defect was blurred and bone formation from the edge to the center was observed. In comparison with the percentage of bone volume, Collagen plug group showed up to 11.47% at week 8, β-TCP Collagen group and Bio-oss Collagen® group showed up to 69.54% at week 8, Bio-oss Collagen® group, it increased up to 67.08% at week 8.

Chemical Properties and Biocompatibility of Nanohybrid Dental Composites

강은실 서울대학교 대학원 2023 국내박사

Objective This study aimed to investigate the basic characteristics of nanohybrid composites by assessing the filler particle size distribution, degree of conversion (DC), and translucency parameters (TP). And investigated the chemical and biological characteristics of three nanohybrid composites by evaluating the monomer content of the composite eluates, the cell response to the composite eluates via cell cytotoxicity test, real-time intracellular reactive oxygen species (ROS) generation, and cell proliferation test. Materials and methods Three nanohybrid composite resins (TN, Tetric N-Ceram; CX, Ceram X Sphere Tec One; and DN, DenFil NX) were used, and the size distribution of the filler particles was analyzed using scanning electron microscopy (SEM) followed by image analysis (n = 5). After light-polymerization for 20 s and 40 s, the DC was measured via micro-Raman spectroscopy (n = 3). TP values of the three composites were measured before and after thermocycling 10,000 times (n = 5). The components of polymerized composites were evaluated by gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS; n = 3). Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM), the cell culture medium for the human gingival fibroblast cell line (HGF-1), was used to elute composites for 24 h. Water-soluble tetrazolium-1 (WST-1) assay (n = 9), trypan blue exclusion test (n = 9), and live/dead assay (n = 9) were performed to determine the cytotoxicity. Real-time intracellular ROS generation (n = 9) was measured by a cell imaging multi-mode reader. In addition, the cell proliferation test was performed for 7 days. The statistical significance of the differences among composites was assessed using an analysis of variance, followed by Bonferroni multiple comparison tests (α= 0.05). Results Morphological variations in the different-sized fillers were observed in the composites, and the distribution of the nanofiller contents was similar in CX and DN. The DC values did not significantly differ between composites but were significantly different between 40 s and 20 s polymerization time (p < 0.05). There ere no significant differences in TP values among the composite before and after aging (p > 0.05). Different compositions of monomers and additives were detected in the three composites using GC/MS, the amounts of triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA) in CX were higher than those in others (p < 0.0001). 2- hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was not detected in CX, while higher in TN than in DN (p = 0.0015). BPA was not detected in any composites. The lowest cell viability was observed for CX and the highest cell viability was detected in DN (p < 01). The highest ROS formation was detected in TN, followed by CX and DN (p < 0.0001) at 8 h, 12 h, and 16 h. The lowest relative cell survival was recorded in CX (p < 0.0001), while there was no significant difference in DN and TN compared with NC (p > 0.05) on day 7. Conclusion The three nanohybrid dental composites exhibited various compositions of filler sizes and resin components, resulting in different levels of cytotoxicity, ROS production, and cell survival. CX showed the highest cytotoxicity induced by ROS accumulation followed by TN. DN presented no significant ROS accumulation and showed the highest cell viability for 7 days. 목 적 본 연구에서는 나노하이브리드 복합레진의 필러 파티클 입자 크기 분포, 중합률, 반투명도를 측정하여 기본적 특징을 연구하고자 한다. 또한 복합레진의 용출물을 기체크로마토그래피 분석을 통하여 용출된 레진의 성분을 확인하고 용출물을 치은상피세포주에 적용한 뒤 세포독성, 실시간 세포내 활성산소의 축적, 세포의 증식 실험을 통하여화학적특성과 생체적합성에 대해 연구하고자 한다. 방 법 세가지 나노하이브리드 복합레진(Tetric N-Ceram: TN; Ceram X Sphere Tec One: CX; and DenFil NX: DN) 을 선정하여 실험을 진행하였다. 나노하이브리드 복합레진의 필러 입자 크기의 분포를 확인하기 위해 전자현미경으로 촬영후 이미지 분석을 진행하였다(n = 5). 레진의 중합률을 측정하기 위해 광중합 진행(20 초, 40 초) 전후 마이크로 라만 스펙트로미터 장비로 측정 후 비교 분석하였다(n = 3). 반투명도 값은 복합레진을 10,000번 냉온 순환 자극 전후 측정하였다(n = 5). 광중합 후 복합레진의 용출물에 유리된 레진 성분을 확인하기 위해 기체크로마토그래피 질량분석을 진행하였다(n = 3). 치은섬유아세포주의 세포배양액은 복합레진을 용출하는데 사용되였고 복합레진은 24 시간 동안 용출하였다. 복합레진의 용출액을 사람의 치은 섬유아세포주에 적용하였으며 세포독성은 세가지 실험방법(WST1, trypan blue exclusion, and live and dead assays)으로 진행하여 확인하였다(n =9). 실시간 세포내 활성산화 산소의 생성은 세포 이미지징 멀티모드 리더기 장비로 측정하였다(n =9). 그리고 7일 동안 복합레진의 용출물을 세포에 적용하여 세포증식에 주는 영향을 확인하였다(n =9). 통계분석은 ANOVA와 Bonferroni 사후분석법으로 통계적 유의성을 평가하였다(α = 0.05). 결 과 복합레진의 필러 입자의 형태와 크기의 분포는 서로 다르게 관찰되었으며 나노 필러의 함량은 TN 실험군에서 가장 적게, CX와 DN에서는 유사하게 측정되었다. 세가지 복합레진의 중할률에는 유의한 차이가 없었지만 40 초 광중합시 20 s 광중합 했을 때보다 유의하게 높았다(p < 0.05). 냉온순화 자극 전후 세가지 복합레진의 반투명도 값에는 유의한 차이가 없었다(p > 0.05). 기체크로마토그래피 정량분석시 서로 다른 구성의 단량체와 첨가제가 검출되였으며 CX실험군의 triethylene glycoldimethacrylate (TEGDMA)의 양은 다른 두 실험군에 비해 높았다(p < 0.0001). CX 실험군에서는 2- hydroxyethyl methacrylate(HEMA)가 검출되지 않았고 TN 실험군에서는 DN 실험군보다 높게 검출되였다(p = 0.0015). BPA는 세가지 복합레진 모두 검출되지 않았다. 가장 높은 세포독성은 CX 실험군에서(p < 0.0001), 가장 높은 세포활성은 DN 실험군에서 확인하였다(p < 0.0001). 가장 높은 활성산화산소형성은 8, 12, 16시간째 모두 TN, CX, DN 실험군 순서로 측정되였다(p < 0.0001). CX 실험군은 세포증식을 억제하였지만(p < 0.0001) TN과 DN실험군은 세포증식에 영향을 주지 않았으며 대조군 NC와 비교시 유의한 차이가 없었다(p > 0.05). 결 론 세가지 나노하이브리드 복합레진에서 여러가지 필러입자 크기 그리고 용출물에서 레진 성분을 확인하였으며 이는 서로 다른 세포 독성, 활성산화산소의 축적, 세포증식의 억제를 일으킨다. CX 그리고 TN 실험군 순서로 활성산화수소의 축적으로 인한 세포독성을 보였다. DN 실험군은 유의하게 높은 활성산화수소를 축적하지 않을 뿐더러 가장 높은 세포 활성을 보여주었다.

전기방사를 이용한 골 전도성 및 생분해성 부직포 제조

김인애 서울대학교 대학원 2016 국내박사

칼슘실리케이트, 생분해성 고분자, 및 칼슘실리케이트/생분해성 고분자 복합형 부직포를 각각 전기방사법으로 제조 후 이들 표면에 저 결정성 탄산 아파타이트를 형성시키는 방법에 대해 연구했다. 칼슘실리케이트가 포함된 부직포는 칼슘이온의 용출에 의해 의사체액 내의 아파타이트에 대한 이온화도적을 증가시키는 방법으로 저 결정성 탄산 아파타이트의 형성을 유도했고 순순한 생분해성 고분자 부직포는 칼슘이 함유된 PVA 전달체 시스템을 이용해 의사체액 내에서 저 결정성 탄산 아파타이트가 형성되도록 설계했다. 골 전도성 칼슘실리케이트 부직포 제조를 위해 칼슘염의 농도가 서로 다른 칼슘실리케이트 졸을 전기 방사해 부직포를 제조한 후 300℃에서 열처리 했다. 그 결과, 의사체액 내에서의 저 결정성 탄산 아파타이트의 형성능이 증가했고 조골세포의 증식과 분화는 느리게 일어나는 경향을 보였다. 한편, 토끼의 두개골 원형 결손부에 칼슘실리케이트 부직포를 매식한 결과 순수한 실리케이트 부직포에 비해 우수한 신생골의 형성을 보였다. 칼슘실리케이트/폴리카프로락톤 복합형 부직포의 제조 및 골 전도성 평가를 위해 산 촉매 내에서 TEOS의 수화 및 축합 반응으로 제조된 칼슘실리케이트 졸과 HFIP에 용해된 폴리카프로락톤 용액을 각각 서로 다른 노즐을 사용해 동시에 전기 방사했다. 대조군으로 칼슘실리케이트와 폴리카프로락톤 부직포도 각각 전기방사로 제조했다. 생체활성 평가를 위해 의사체액에 부직포를 담지한 결과, 칼슘실리케이트와 폴리카프로락톤/칼슘실리케이트 복합형 부직포의 표면에는 저 결정성 탄산 아파타이트가 생성되었으나 순수한 폴리카프로락톤 부직포 표면에는 저 결정성 탄산 아파타이트가 생성되지 않았다. 한편, 폴리카프로락톤/칼슘실리케이트 복합형 부직포의 기계적 물성은 칼슘실리케이트와 폴리카프로락톤의중간적 파단특성을 보였다. 토끼의 두개골 원형 결손부에서 골 전도도 평가를 수행한 결과, 의사체액 내에서 저 결정성 탄산 아파타이트 형성능을 보였던 칼슘실리케이트 및 칼슘실리케이트./폴리카프로락톤 복합형 부직포의 경우 우수한 골 전도성을 보인 반면 폴리카프로락톤 부직포의 경우는 염증반응만이 관찰됐다. 칼슘실리케이트/생분해성 고분자 복합형 부직포에서 고분자의 분해속도가 저 결정성 탄산 아파타이트의 형성에 미치는 영향을 평가하기 위해 칼슘실리케이트와 분해속도가 서로 다른 두 가지 PLGA를 사용해 칼슘실리케이트/PLGA 복합형 부직포를 제조했다. 분해속도가 서로 다른 두 개의 PLGA를 각각 HFIP에 용해시킨 후 칼슘실리케이트 졸과 함께 서로 다른 노즐을 사용해 동시에 전기 방사했다. 대조군으로는 칼슘실리케이트와 복합형 부직포 제조 시 사용한 두 개의 PLGA 부직포를 각각 전기 방사해 제조했다. 분해속도가 느린 PLGA를 포함하는 칼슘실리케이트/PLGA7525 복합형 부직포는 의사체액 내에서 저 결정성 탄산 아파타이트 형성을 보였으나 분해속도가 빠른 PLGA를 포함하는 칼슘실리케이트/PLGA5050 복합형 부직포는 저 결정성 탄산 아파타이트 형성을 보이지 않았다. 또한 PLGA5050으로 제조된 모든 부직포는 의사체액 내에서 PLGA 섬유의 팽윤 현상이 관찰됐다. 이는 생체물성 시험 후 잔류 의사체액 중 원소농도를 평가해 아파타이트에 대한 이온화도적 계산 결과, 생분해 속도가 빠른 경우 산성을 띄는 분해산물이 이온화도적을 낮춰 저 결정성 탄산 아파타이트의 생성을 방해했기 때문으로 평가됐다. 생체활성이 없는 순수한 고분자 부직포에 저 결정성 탄산 아파타이트 형성능을 부여하기 위해 칼슘염이 포한된 PVA 전달체 시스템을 설계했다. 전기방사를 이용, PLGA 부직포를 제조 후 4M 농도의 염화칼슘이 함유된 PVA 용액을 PLGA 부직포 표면에 코팅하여 실험군을 제작했고, PVA 없이 4M 농도의 염화칼슘 용액을 직접 PLGA 부직포 표면에 도포한 것과 순수한 PLGA 부직포를 각각 대조군으로 제작했다. 각 시료의 저 결정성 탄산 아파타이트 생성능을 확인하기 위해 세 가지 부직포를 의사체액에 시간별로 침전했다. 그 결과, PVA 전달체 시스템을 이용한 부직포에서 의사체액 침전 3시간 후부터 저 결정성 탄산 아파타이트가 형성됐고 7일후에는 PLGA섬유 전체에 균일하게 저 결정성 탄산 아파타이트가 형성됨이 관찰됐다. 한편, 칼슘용액만 도포한 PLGA 부직포에서는 불균일하게 저 결정성 탄산 아파타이트가 생성되었고 순수한 PLGA 부직포에서는 아파타이트가 형성되지 않았다. 따라서 PVA-칼슘염 전달체 시스템을 사용했을 경우 단순히 칼슘염만을 도포했을 경우에 비해 효과적으로 저 결정성 탄산 아파타이트를 고분자 부직포의 표면에 도포할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이상의 결과와 같이 본 연구에서는 생체활성 칼슘실리케이트와 PVA-칼슘염 전달체 시스템을 이용하여 전기방사법으로 제조된 칼슘실리케이트, 칼슘실리케이트/생분해성 고분자, 순수한 고분자 부직포 표면에 저 결정성 탄산 아파타이트 형성을 성공적으로 구현 할 수 있었다. 이러한 저 결정성 탄산 아파타이트 생성능을 매개로한 우수한 골 전도성과 부직포로부터 기인한 생체 모방형 구조를 이용하여 골 유도막 및 골 이식재로 응용 가능할 것으로 기대된다.

항산화제가 사람치수세포 분화 및 mineral trioxide aggregate의 세포독성에 미치는 영향

김영석 서울대학교 대학원 2016 국내박사

치수세포 중 일부는 조상아세포로 분화가능하며, 삼차 상아질 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 삼차 상아질 형성은 치아우식 등 외부 자극에 의해 발생되며, 치수복조와 같은 치료에 의해 dentin bridge가 형성되는 과정도 삼차 상아질 형성으로 분류될 수 있다. 특히 dentin bridge의 형성은 치수보호에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있어, 적용되는 생체재료의 생체적합성을 판단하는 기준이 되기도 한다. 본 논문의 첫 번째 목적은 치수세포 분화를 촉진하는 물질 발굴의 일환으로서 녹차와 적포도주에서 발견되는 플라보노이드인 epigallocatechin gallate (EGCG)의 사람 치수세포 (human dental pulp cell, HDPC) 분화에 대한 영향을 조사하였다. EGCG는 60 μM 이상의 농도에서 HDPC를 5일 동안 배양 시, 세포의 성장을 저해하였다. 그러나, 10-30 μM에서는 ALP 활성을 촉진하였으며, osteocalcin (OCN)과 dentin sialophosphoprotein (DSPP)의 mRNA 발현을 증가시켰다. 또한 ascorbic acid와 dexamethasone과 같은 분화촉진 인자가 없는 상태에서 세포외기질의 석회화를 촉진하였다. 그러므로 EGCG는 치수세포의 분화를 촉진하는 물질로 확인되었다. 또한 EGCG는 티타늄 disc 표면에서 아파타이트층에 성공적으로 고정되었으며, 배양액으로 용출됨을 알 수 있었다. 이는 EGCG의 다양한 적용 가능성을 보여주는 결과라 할 수 있다. 본 논문의 두 번째 목적은 치수복조 등에 사용되는 mineral trioxide aggregate (MTA)의 생체적합성에 미치는 항산화제의 영향을 평가하는 것이다. 위에서 언급한 EGCG는 비수용성으로서 본 연구에서는 수용성 항산화제인 N-acetylcysteine (NAC)을 사용하였다. MTA의 세포독성은 경화시간에 의존적이며, 경화시간이 길어질수록 세포독성이 감소하였다. MTA의 초기 세포독성은 NAC에 의해 줄어드는 경향을 보였다. MTA와 10 mM의 NAC을 포함한 MTA (NAC-MTA)를 rat의 피하에 2주간 이식하고 MTA의 주변조직을 관찰한 결과, MTA와 NAC-MTA 모두 만성 염증의 반응은 보이지 않았으며, 두 시편 모두 fibrous capsule이 형성되고, 림프구와 같은 염증세포들이 같은 정도로 발견되었다. 즉, 두 시편의 염증 반응의 차이는 거의 없었다. 따라서 MTA의 세포독성을 감소시키는 NAC의 효과는 in vivo에서는 확인할 수 없었다. 향 후 이식부위와 기간을 고려한 다양한 in vivo 조건에서 MTA의 생체적합성 개선에 미치는 NAC의 효과를 평가할 필요가 있을 것으로 사료된다.

Direct evaluation of the heat generation during osteotomy for the dental implant placement

김용수 서울대학교 대학원 2021 국내박사

The aim of present study is to evaluate the heat production directly when performing osteotomy for implant placement. We made a comparison the values that were acquired through this study with the other from the former studies. A specially designed bur was manufactured and applied for the present study. A thermosensor was installed inside the drill which is made of stainless steel utilizing a 18-gauge needle and mercury containing slip ring. In addition, three thermocouples were placed into the artificial bone model with various depth of 10mm, 5mm, and 1mm. The location of the thermocouples inside the bone was as close as of 0.5mm from the lateral margin of the osteotomy site. The diameter of the drill was 3.4mm. Rotational speed of the drill was ranged from 500rpm to 2000 rpm. The experiment of drilling was repeated 10 times, and the average was analyzed. The temperature measured from the inside of the drill surged up very quick, and the temperature inside the bone achieved its highest peak when the measured temperature from the drill initiate to drop. The maximum inner temperature observed from the bone model was at the depth of 10mm. The trends of the temperature alteration shared similarity regardless of the drilling speed. Present study elucidates that there is significant discrepancy between the highest temperature measured from the drill and the temperature inside the bone, the value observed from the former is much higher than the latter. 본 연구의 목적은 임플란트 식립을 위해 드릴링을 시행할 때 발생하는 열을 직접적으로 측정하는 것이다. 실험을 통해 측정된 온도는 치조골 내에서 측정되었던 방식으로 이전에 수행되었던 연구에서의 온도와 비교 하였다. 드릴의 온도변화는 18게이지 needle과 수은을 포함하는 slip ring을 사용하여 스테인리스 스틸 드릴의 내부에 열-센서를 삽입하는 방식으로 측정하였다. 그리고 세개의 추가적인 열-센서를 치조골 모델 에 삽입시켰고 각각 10 mm, 5 mm, 1 mm 등의 다른 두께로 치조골 모 델에 위치시키도록 하였다. 열-센서들은 드릴 직경 3.4 mm로 치조골 모델에 형성된 구멍과 수평적으로 0.5 mm 떨어져 위치하도록 하였다. 30 드릴의 회전 속도는 500 rpm 1200 rpm, 2000 rpm 등으로 다양하게 회 전시키도록 하였다. 각각의 드릴링 시술은 10 회씩 반복하여 그 평균을 계산하였다. 드릴에서 측정된 온도는 드릴링 시작 후 급작스럽게 증가하 였고 드릴의 온도가 감소하기 시작한 후에 치조골 모형에 삽입된 열센서 에서 측정된 온도가 최대치에 도달하였다. 깊이에 따른 온도변화를 보면 깊이 10 mm에서 치조골 모델에서 측정된 수치 중에서 최대치를 보였다. 치조골 모델에서의 드릴링 시 온도 변화의 추세를 보면 다양한 드릴 회 전수에도 열변화의 패턴은 증가했다가 최대치에 다다르고 서서히 감소하 는 형태로 유사한 양상을 보였다. 실제 이번 연구에서 측정된 드릴과 치 조골 모델 계면에서의 최대 온도는 골 내부에서 측정을 시행한 이전 연 구들에서 보고된 측정 수치들 보다 유의하게 높게 측정되었다.

실리콘 인상재의 점도와 인상 채득법이 임플란트 작업 모형의 정확도에 미치는 영향

박혜원 서울대학교 대학원 2016 국내석사

실리콘 인상재의 점도와 인상 채득법이 임플란트 작업모형의 정확도에 미치는 영향 치과생체재료과학 전공 (지도교수: 임 범 순) 박 혜 원 최근까지 임플란트의 정확한 위치를 재현하기 위한 다양한 인상재와 인상 채득법이 소개되고 있다. 보철물이 골유착 임플란트와 수동적인 적합을 얻기 위해서는 인상 채득이 정확히 되어야하고, 정확한 경석고 모형이 제작 되어야 하며, 상부구조 보철물 또한 정확히 제작 되어야 한다. 즉, 임플란트의 상부 보철물을 정확하게 제작하기 위해서는 정밀한 인상채득이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 현재 임상에서 사용되고 있는 점도가 상이한 다양한 부가중합형 실리콘 인상재의 정확도를 비교 평가하고자 하였으며, 인상 채득법이 정확도에 주는 영향도 평가하고자 하였다. 현재 국내에서 사용하고 있는 6 종의 부가중합형 실리콘 인상재 (수입제품 4 종과 국산 제품 2 종)에서 3 가지 점도 (light-body, medium-body, heavy-body)를 선택하여 총 18 개 인상재 실험군을 평가하였다. 알루미늄 블록을 가공하여 블록에 수직으로 5 개의 구멍을 뚫고 임플란트 지대주 5 개를 서로 평행하게 고정시켜 금속 master 모델을 준비하였고, 각 10 개 구간 거리를 기준값으로 하였다. Light-body 실리콘 인상재는 putty-wash 인상 채득법 (1-step법과 2-step법)을 적용하였고, medium- body와 heavy-body 인상재는 1-step법으로 금속 master 모델의 인상을 10 번씩 채득하였다. 10 개의 인상체 중 5 개는 인상 채득 1 시간 후 경석고를 주입하였고, 나머지 5 개는 인상 채득 4 시간 후 경석고를 주입하였다. 혼합한 경석고를 인상체에 주입하고 1 시간 유지한 다음 경석고 모형을 제거하는 방식으로 각 인상재 실험군에서 5 개의 경석고 모형을 준비하였다. 경석고 모형은 24 시간 건조한 후 지대주간 거리를 실체현미경으로 관찰하여 이미지를 저장한 다음 이미지 분석 프로그램으로 지대주간 거리를 측정하여 평균값과 표준편차를 구하였으며, 금속 master 모델에서 측정한 기준값과의 차이 (Δd)로 정확도를 평가하여 다음의 결과를 얻었다. 1. Light-body와 퍼티를 이용하여 인상 채득한 경우 채득법 (1-step법 또는 2-step법)에 상관없이 경석고 모형에서의 지대주간 거리가 금속 master 모델에서 보다 길게 측정되었으며, medium-body 또는 heavy- body 인상재로 인상 채득한 경우 보다 정확도는 낮았다. 2. Medium-body 또는 heavy-body 인상재로 인상 채득한 경우 대부분 경석고 모형에서의 지대주간 거리가 금속 master 모델에서 보다 짧게 측정되었다. 3. Light-body와 퍼티 조합을 이용한 경우, Dentsply 인상재를 제외한 나머지 5 종의 인상재에서는 2-step법의 정확도가 1-step법보다 유의하게 높았다 (p < 0.05). 4. 인상채득 후 1 시간 경과한 다음 주입한 경석고 모형과 4 시간 유지한 후 주입한 경석고 모형에서 정확도에 유의한 차이는 없었다 (p > 0.05).