Modulation of macrophage phenotype polarization by bioactive ion chemical modification in nanofeatured titanium surfaces : 나노구조타이타늄 표면에서 생활성 이온표면개질을 통한 대식세포 발현형질의 극성조절

국문 초록 (Abstract)

나노단위의 표면구조 조절 및 생활성 이온을 이용한 화학적 표면개질은 현재 증진된 골형성능을 지닌 골이식용 타이타늄 임플란트의 표면설계에 있어서 매우 중요한 접근법으로 각광을 받고 있다. 임플란트를 골조직에 식립후 치유과정에서 다양한 종류의 세포가 관여하며 특히 대식세포는 초기 치유단계에서 중심적인 역할을 하며 이식재에 대한 초기 대식세포 반응이 추후 치유결과에 중요한 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 따라서 개질된 타이타늄 표면에 대해 추후 치유과정에 있어서 보다 양호한 결과를 얻을 수 있는 대식세포 발현형질의 유도가 치유 초기에 이루어진다면, 즉 염증성 대식세포 M1 표현형보다 재생형 대식세포 M2 표현형의 발현이 더 우세하게 유도된다면, 결과적으로 타이타늄 임플란트의 골형성 결과를 증진하는데 있어 보다 양호한 결과를 기대할 수 있을 것이다. 하지만 타이타늄 임플란트의 골형성능을 증진하기 위한 현재까지의 표면개질에 관한 대부분의 연구들은 골형성세포 반응 그 자체 또는 신생골 침착 평가에만 주로 초점이 맞추어져 진행되어져 왔으며, 표면개질을 통해 초기 대식세포 반응을 골형성에 유리하게 유도함으로써 골재생능을 증진하기 위한 접근법에 있어서는 단지 비교적 제한적 연구가 이루어져 왔을 뿐이다.
이에 본 연구에서는 현재 골이식용 임플란트 소재의 표면연구에 있어서 가장 중요한 두 가지 인자인 생활성 이온조성 및 표면 나노구조를 이용한 표면개질이 초기 치유과정에 있어서 중심적인 역할을 하는 대식세포반응을 과연 명확히 변경하는지 알아보고자 하였고, 또한 골형성에 유리한 초기대식세포 반응을 유도할 수 있을지 평가하고자 하였다. 특히 타이타늄의 나노표면구조에 추가적으로 생활성 이온조성을 부여하였을 경우 대식세포의 재생형 형질발현 (M2 표현형)에 있어서 명확한 개선효과가 있는지도 평가하였다.
본 연구의 결과 나노단위의 표면구조 및 표면 생활성 이온조성은 둘다 타이타늄 임플란트 표면에서 대식세포 형질발현을 골형성에 유리한 방향으로 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 칼슘 및 스트론튬 이온을 포함한 이가 양이온을 이용한 화학적 표면처리가 나노표면구조를 지닌 타이타늄에서J774.A1 대식세포의 재생형 M2 표현형 발현을 명확히 유도하는 것으로 나타났다. 이가 양이온 조성을 나노표면구조에 결합하였을 경우 부착 대식세포의 세포형태를 조절하며 이를 통해 M2 표현형 발현을 현저히 증진하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 골이식용 임플란트의 치유과정에 있어서 대식세포에 의한 초기 창상 치유과정 및 간엽줄기세포에 의한 추후 골형성 과정이 조화된 타이타늄 임플란트의 표면설계에 있어서 중요한 접근법으로 활용될 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 4
• 3. Results 11
• 4. Discussion 18
• 5. Summary 23
• 6. References 24
• Abstract 41