Biomaterials Research (2007) 11(3) : 131-137

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Biomaterials

Research

C The Korean Society for Biomaterials

3MA 프리폴리머와 첨가제를 함유한 정형외과용 하이브리드형 고성능 생분해성

골시멘트의 제조 및 특성

Preparation and Characteristics of Biodegradable High-performanceHybrid Bone Cements Containing 3MA Prepolymers and Additivesfor Orthopedic Applications

김재진·손준식·박귀덕·한동근*

Jae-Jin Kim, Jun Sik Son, Kwideok Park, and Dong Keun Han*

한국과학기술연구원 바이오소재연구센터Biomaterials Research Center, Korea Institute of Science and Technology, P.O. Box 131, Cheongryang, Seoul 130-650, Korea(Received July 30, 2007/Accepted August 17, 2007)

Biodegradable high-performance hybrid bone cements for orthopedic applications were prepared by using a matrixcontaining new Bis-GMA derivatives (3MA prepolymers), biodegradable GL15-Ac oligolactide, antibiotic gentamicinsulfate (GS), and radiopacifier barium sulfate and a bioactive inorganic filler of AW-GC. The resulting bone cementsshowed suitable curing time of 7-9 min and comparatively low polymerization shrinkage, but relatively low mechanicalproperty. The biodegradation of the bone cements was considerably increased by adding long-chain GL15-Ac oli-golactide. In addition, the release profiles of the antibiotic and radiopacity were controlled by their contents and kindof prepolymers. Moreover, all bone cements displayed mild cytotoxicity, indicating they are biocompatible. Accord-ingly, such biodegradable high-performance hybrid bone cements may use in practically clinical applications thatwould be replaced with the existing PMMA and Bis-GMA bone cements.

Key words: Bone cement, High-performance, 3MA mixture, Biodegradability, Antibiotic, Radiopacity, Cytotoxicity

서 론

로 정형외과 환자에게 적용하는 골시멘트(bone cement)

는 실제 뼈의 부분으로써 존재하기 때문에 그것 자체의

강도가 뼈와 유사해야 하며 적용 부위에 따른 적절한 점성과

안정성 및 접착력이 우수하고 영구적이어야 한다.1) 또한 면역

이나 염증 반응을 수반하지 않으며 높은 뼈 전도성으로 골 생

성을 유도할 수 있어야 한다.2)

현재 정형외과용으로 사용될 수 있는 골시멘트는 그 성분에

따라 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)계, 인산칼슘계 및 2,2-

bis[4(2-hydroxy-3-methacryloyloxypropoxy)phenyl]propane

(Bis-GMA)계의 3가지로 나눌 수 있다.3) 이 중 PMMA계 골시

멘트는 외과용 조인트 보철 접착제와 골다공증으로 인해 발생

된 뼈의 손상부위의 접착제로써 가장 널리 쓰이고 있다.1,4) 그

러나 이식초기에는 충분한 강도를 유지하지만 시간이 흐르면서

뼈와 골시멘트, 골시멘트와 보철사이에 분리가 일어난다. 또한

MMA 단량체가 유출되어 세포에 손상을 준다.2,5) 이러한

PMMA계 골시멘트의 단점을 보안하기 위하여 생체적합성을 높

이는 연구가 진행중이다.6)

Bis-GMA계 골시멘트는 PMMA계와는 달리 하이드록시아파

타이트(HA)층을 형성하거나 충전재 자체의 용출은 없더라도 뼈

와의 전도성을 향상시키는 것으로 인해 뼈와 골시멘트 사이의

결합력과 생체적합성을 부여한다.7) 특히 생체활성의 apatite

and wollastonite containing glass-ceramic (AW-GC) 무기충

전재를 사용할 경우, PMMA계에 비해서 기계적 물성 및 생체

적합성이 우수함을 보고하였다.8) 또한 Bis-GMA계 골시멘트는

중합 시 MMA 단량체에 비해서 중합열의 방출이 현저히 낮기

때문에 근접 세포의 괴사율이 적은 것으로 알려져 있다.9) 그러

나 이러한 Bis-GMA계 골시멘트도 단점을 가지고 있는데, 즉

매트릭스 자체의 큰 점도로 인한 적용의 한계와 점도를 낮추기

위해서 Bis-GMA 대신에 urethane dimethacrylate (UDMA)3)

나 Bis-GMA 유도체10,11)를 사용하고 있으며 또한 Bis-GMA계

골시멘트의 물성 개선을 위하여 alumina,12) nanoscale HA13)

등과 같은 일부 첨가제를 사용하고 있다.

한편 PMMA계 골시멘트의 생체적합성을 높이기 위해서 골

시멘트에 생분해성 물질을 첨가하는 연구를 하고 있다. 골시

멘트에 사용되는 생분해성 물질로는 starch blend,14) poly

(propylene glycol-fumarate),15) poly(DL-lactic-co-glycolic acid)*책임연락저자: dkh@kist.re.kr

주

132 김재진·손준식·박귀덕·한동근

Biomaterials Research 2007

(PLGA) microparticles,16) chitosan17) 등이 알려져 있다. 이러

한 생분해성 골시멘트는 생분해 물질이 분해되면 그 안으로 골

세포가 유도되어 골시멘트는 새로운 뼈로 대체됨으로서 생체적

합성을 향상시킬 수 있다. 특히 항생제(antibiotic)가 함유된 생

분해성 골시멘트는 체내에 주입되면 초기에는 즉시 뼈와 보철

을 구조적으로 지지해 주고 시간이 지나면서 분해되어 다공성

이 생기게 된다.18) 이러한 생분해성 골시멘트는 지속적인 항생

물질을 방출할 수 있고,19) 나머지 단량체의 최소한의 방출로써

이식 후 최소한의 염증을 일으키게 한다.20) 일반적으로 이러한

염증 방지를 위하여 gentamicin sulfate (GS)라는 항생제가 사

용되고 있다.21) 또한 골시멘트 치료의 특성상 방사선 촬영은

필수적이다. 방사선 불투과제(radiopacifier)가 함유된 골시멘트

를 체내에 주입하게 되면 방사선 촬영 시 더욱 확실한 명암의

구별로 인해서 치료의 정확성 여부와 편의성을 얻을 수 있게

된다. 그러므로 방사선 불투과제를 첨가하여 고성능 골시멘트

를 제조하는데 방사선 불투과제는 주로 barium sulfate를 사용

하고 있다.1)

이전 연구에서 본 연구팀은 매트릭스의 주성분인 Bis-GMA

프리폴리머의 한쪽 히드록시기를 메타크릴레이트로 치환하여

메타크릴레이트가 3개나 4개인 3MA나 4MA를 제조함으로써

Bis-GMA의 단점을 보완할 수 있었으며 이를 골시멘트에 적용

시 낮은 점도에 의한 생체활성 세라믹 무기충전재를 다량 함

유할 수 있어서 상대적으로 물리적 및 기계적 물성을 향상시

킬 수 있었다.10,11) 또한 생체 내에서 골세포를 유도하기 위해

서 신규 합성한 생분해성 물질을 첨가할 경우 골시멘트의 분

해가 촉진됨을 확인하였다.22)

본 연구에서는 매트릭스의 주성분인 Bis-GMA 프리폴리머를

화학적으로 개질하여 신규 3MA나 4MA를 합성한 다음 합성

된 생분해성 물질인 oligolactide의 GL15-Ac를 첨가하고 추가

로 염증방지를 위해서 GS 항생제와 방사선 불투과제인

barium sulfate를 첨가하여 3MA계 하이브리드형 고성능 생분

해성 골시멘트를 제조하였다. 이렇게 제조된 고성능 골시멘트

는 프리폴리머, 생분해성 물질, 항생제 및 방사선 불투과제에

따른 물리적 및 기계적 특성, 생분해성 및 항생제 방출, 방사

선 불투과 특성과 세포독성을 분석하여 Bis-GMA control과

비교하였다.

재료 및 방법

3MA 프리폴리머와 AW-GC 무기충전재

골시멘트의 새로운 매트릭스로 사용된 프리폴리머인 Bis-

GMA 유도체는 이전에 보고한 바와 같은 방법으로 합성하였

다.10,11) 즉, Bis-GMA를 methylene chloride에 녹이고 tri-

ethylamine과 methacrylic anhydride를 첨가한 다음 실온에서

1일 동안 반응하고 work-up하여 Bis-GMA의 유도체(3MA 및

4MA)를 얻었다. 생체활성의 무기충전재인 apatite and

wollastonite containing glass-ceramic (AW-GC, (주)세렉트론,

한국)은 평균크기 4 µm의 분말을 사용하였다.23) 매트릭스내

에서의 분산도와 결합력을 높이기 위하여 AW-GC 입자의

표면을 silane coupling agent인 3-(trimethoxysilyl)propyl

methacrylate (γ-MPS)로 처리하여 표면에 소수성 및 이중결합

을 유도하였다.11,24)

생분해성 물질, 항생제 및 방사선 불투과제

생분해성 물질로써 사용한 oligolactide인 GL15 triacrylate

(GL15-Ac)는 이전에 보고한 방법대로 합성하였다.25) 즉, 무독

성 glycerol과 L-lactide 및 stannous octoate를 130oC에서

6시간 동안 반응시켜서 먼저 GL15 triol (GL15-OH)을 합성한

다음, 이것을 dichloromethane에 녹인 후 triethylamine과

acryloyl chloride를 천천히 떨어뜨리고 0oC에서 6시간, 계속해

서 상온에서 42시간동안 반응하여 최종적으로 말단에 이중결

합이 함유된 생분해성 GL15-Ac를 얻었다. 그리고 골시멘트의

염증 방지를 위한 항생제로 gentamicin sulfate (GS, Sigma)

를 사용하였으며 또한 X-ray로 충진 및 접착 상태를 확인하

기 위한 방사선 불투과제로 barium sulfate (Aldrich)를 사

용하였다.

하이브리드형 고성능 생분해성 골시멘트의 제조

매트릭스 유기물의 주성분인 프리폴리머는 순수한 Bis-GMA

와 그 유도체인 3MA mixture (3MA mix, Bis-GMA/3MA/

4MA=45/45/10 wt%)의 2가지 종류를 사용하였다. 유기성분인

매트릭스는 점도를 낮추고 무기충전재 입자와의 혼합공정 시

고른 분산을 얻기 위해서 프리폴리머와 희석제(triethylene

glycol dimethacrylate, TEGDMA, Aldrich)의 비율을 6:4와

5:5(wt%)로 제조하였다(Figure 1). 특히 생체 내에서 골세포를

유도하기 위해서 생분해성 물질인 GL15-Ac oligolactide의 함

량을 10 wt%로 하여 첨가하였다. 또한 항생제인 GS의 함량

을 1, 2 및 4(주로 2) wt%로 하여, 그리고 방사선 불투과제

인 barium sulfate의 함량을 0, 5 및 10(주로 5) wt%로 하

여 각각 첨가하였다. Table 1은 하이브리드형 고성능 생분해성

골시멘트를 제조하기 위한 각각의 조성을 나타낸 것이다. 시료

는 편의상 Bis-GMA를 BG로, 3MA mix를 3MA로 각각 나

타내었으며, 예를 들어 3MA-50-5 시료는 프리폴리머로 3MA

mix를, 매트릭스의 프리폴리머와 희석재의 비율을 50:50을, 그

리고 방사선 불투과제를 5 wt%를 각각 사용하여 제조한 것이

다. 여기에 benzoyl peroxide (BPO, 1.0 wt%, Aldrich)가

열개시제로 사용되었고, N,N-dimethyl-p-toluidine (DMPT,

0.55 wt%, Aldrich)이 열개시제의 활성을 높여주는 중합촉진제

로 사용되었으며 hydroquinone (HQ, 150 ppm, Aldrich)이

중합금지제로 사용되었다. 고성능 골시멘트는 30 wt%의 매트

릭스(프리폴리머와 TEGDMA)와 70 wt%의 무기충전재(AW-

GC)의 혼합물을 상온에서 Figure 2와 같이 hybrid type방법으

로 혼합하였다. 즉, hybrid type방법은 골시멘트의 유기성분,

무기성분, 생분해성 물질, 항생제 및 방사선 불투과제를 각각

동량 포함하는 유기-무기 혼합물에 첨가제로 BPO와 DMPT

및 HQ가 각각 따로 혼합되어 있으며, 양쪽 성분의 혼합 및

3MA 프리폴리머와 첨가제를 함유한 정형외과용 하이브리드형 고성능 생분해성 골시멘트의 제조 및 특성 133

Vol. 11, No. 3

중합은 상압에서 수행하였고 초음파 분산장치(Ultrasonicator,

Fisher Scientific사, USA)를 사용하여 유기-무기 성분간의 충분

한 교반을 유도하였다.

하이브리드형 고성능 생분해성 골시멘트의 특성 평가

유기-무기 복합화에 의해서 제조된 고성능 생분해성 골시멘

트의 경화시간과 중합수축률은 Linometer RB404(R&B사,

Korea)로 측정하였다. 고성능 골시멘트의 기계적 물성의 압축

강도(시료: 직경 6 mm ×길이 12 mm)는 Instron 인장시험기

(0.5 mm/min, Instron사, USA)를 사용하여 분석하였다. 그리

고 골시멘트의 생분해 특성은 phosphate buffered saline

(PBS, pH 7.4) 용액의 37oC에서 30일 동안 침지시킨 다음

건조하여 중량법으로 평가하였다. 또한 항생제 방출 평가는

37oC, 100 rpm의 water bath에서 PBS용액에 30일 동안 침

지시킨 후 PBS 0.5 ml를 채취하여 0.3 ml의 isopropanol과

0.2 ml의 labeling reagent (o-phthaldialdehyde 0.1 g +

thioglycolic acid 0.1 ml + methanol 2.5 ml + PBS 22.4 ml)

를 37oC의 water bath에 45분간 방치 후 320 nm에서 UV

로 측정하여 항생제의 방출된 함량을 분석하였다. 방사선 불투

과성은 aluminum step wedge와 시료(두께: 2mm)를 함께

방사선 촬영하여 현상하고 Densitometer (PD-A85, Kodak

Co., Japan)로 측정하여 각 시료의 방사선 불투과성을

Figure 1. Molecular structures of matrix components containing 3MA mix prepolymers and diluent.

Table 1. Composition of high-performance bone cements*

SamplePrepolymer Matrix (30 wt%) Radiopacifier

(wt%)Bis-GMA (wt%) 3MA (wt%) 4MA (wt%) Prepolymer (wt%) Diluent (wt%)

BG-60-0 100 - - 60 40 0

BG-60-5 100 - - 60 40 5

BG-50-5 100 - - 50 50 5

BG-50-10 100 - - 50 50 10

3MA-60-0 45 45 10 60 40 0

3MA-60-5 45 45 10 60 40 5

3MA-50-5 45 45 10 50 50 5

3MA-50-10 45 45 10 50 50 10 *Filler: AW-GC 70 wt%, GL15-Ac: 10 wt%, GS: 2(1, 4) wt%, BPO: 1 wt%, DMPT: 0.55 wt%, and HQ: 150 ppm.

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Biomaterials Research 2007

aluminum step wedge와 비교하여 방사선 불투과성을 평가하

였다. 마지막으로 골시멘트의 세포독성은 생체친화성 검사(ISO

TR/7405, 10993)에 의거해서 한천중충평판법을 이용해서 평가

하였다. 즉, petri dish를 백지위에 놓고 탈색된 범위의 크기를

관찰하고 inverted phase contrast micro scope으로 탈색된

부위내에서 세포가 lysis된 비율을 구한다. 이것을 각각 Zone

index 및 Lysis index로 표시하며 3개 시편의 평균을 구하여

이로부터 Response index를 구하여 세포독성 정도를 평가하였

다(Response index = Zone index / Lysis index).

결과 및 고찰

고성능 골시멘트의 물리적 특성

Figure 3은 하이브리드형 고성능 생분해성 골시멘트의 대표

적인 경화시간과 중합수축률 곡선을 나타낸 것이다. Table 2는

고성능 골시멘트의 전체적인 물리적 물성 및 세포독성을 나타

낸 것이다. Table 2에서 보는 바와 같이 대체로 고성능 골시

멘트는 7 내지 9분에 중합이 완료되는 적당한 경화시간을 보

였으며 Bis-GMA보다는 3MA mix를 사용한 경우가 약간 경화

시간이 감소하였다. 또한 같은 프리폴리머를 사용한 경우 프리

폴리머의 비율이 낮거나 방사선 불투가제가 첨가시 경화시간이

약간 연장되었으나 방사선 불투과제가 너무 많이 들어가면(10

wt%) 오히려 경화시간은 단축되었다. 이 결과로부터 3MA mix

시료가 이중결합을 더 많이 가지고 있기 때문에 경화가 빠르

게 진행되고 프리폴리머의 비율이 높으면 희석제의 비율이 상

대적으로 낮아서 경화가 빨리됨을 알 수 있었다. 또한 방사선

불투과제가 조금 들어가면 불투과제의 영향으로 경화가 느리게

진행되나 오히려 너무 많이 들어가면 매트릭스 성분이 적어서

경화시간은 감소하였다. 일반적으로 PMMA계 골시멘트는 적용

부위에 따라 차이는 있으나 10분 전후의 경화시간을 보이고

있어서 본 연구의 고성능 골시멘트의 경화시간도 비교적 적당

한 것으로 사료된다.

고성능 골시멘트의 경화에 따른 중합수축률은 Bis-GMA보다

는 3MA mix를 사용하고 프리폴리머의 비율이 낮거나 방사선

불투과제가 첨가시 그리고 투과제의 함량이 많을수록 감소하는

경향을 보였다. 특히 중합수축률은 프리폴리머의 비율이나 방

사선 불투과제의 첨가 여부보다는 프리폴리머의 종류에 따라서

더 큰 폭의 변화를 보였으며 전반적으로 Bis-GMA보다는

3MA mix를 사용한 경우가 상당히 낮은 값을 나타내었다. 이

는 3MA mix가 Bis-GMA보다 히드록시기가 상대적으로 적으

면서 분자량이 커서 중합시 부피 수축이 적은 것으로 생각된

다. 그리고 방사선 불투과제가 첨가되고 그 함량이 증가할수록

상대적으로 매트릭스의 성분은 적기 때문에 중합수축률은 당연

히 감소함을 예측할 수 있다. 일반적으로 매트릭스 성분 이외

로 첨가제가 골시멘트에 추가되면 유기성분의 상대적인 감소로

인하여 중합수축률은 감소하는 결과를 보이나 너무 중합수축률

이 낮으면 중합이 잘 되지 않아 오히려 기계적 물성이 떨어질

수 있다. 따라서 골시멘트의 중합수축률은 기계적 물성과 반비

례 관계가 있는 것으로 알려져 있으나 혼합조건을 최적화함으

로써 중합수축률은 적으면서 기계적 물성은 어느 정도 동반 상

승시킬 수 있다.10) 본 연구의 고성능 골시멘트의 경우도 낮은

Figure 2. Preparation scheme for hybrid mixing method of biode-gradable high-performance bone cements.

Figure 3. Typical curves for curing time and polymerization shrinkageof biodegradable high-performance bone cements. (a), BG-60-0; (b),BG-50-5; (c), 3MA-60-0; and (d), 3MA-50-5.

Table 2. Physical properties and cytotoxicity of bone cements

SampleCuring time

(min)Polymerizationshrinkage (%)

Radiopacity Cytotoxicity

BG-60-0 7.8 6.0 0.89

Mild

BG-60-5 8.3 5.9 0.83

BG-50-5 8.5 5.7 0.81

BG-50-10 8.1 5.4 0.80

3MA-60-0 7.5 4.9 0.87

3MA-60-5 7.9 4.8 0.85

3MA-50-5 8.3 4.6 0.84

3MA-50-10 7.7 4.5 0.82

3MA 프리폴리머와 첨가제를 함유한 정형외과용 하이브리드형 고성능 생분해성 골시멘트의 제조 및 특성 135

Vol. 11, No. 3

중합수축률을 가지면서 기계적 물성이 우수한 것이 바람직한데

후술하는 기계적 물성을 고려하면 3MA-50-5 시료가 가장 최

적의 고성능 골시멘트로 여겨진다.

고성능 골시멘트의 기계적 특성

Figure 4는 여러 가지 하이브리드형 고성능 생분해성 골시멘

트의 압축강도를 나타낸 것이다. 고성능 골시멘트의 압축강도

는 전반적으로 Bis-GMA보다는 3MA mix가 높았으나 방사선

불투과제가 첨가되고 그 함량이 증가할수록 감소하였다. 그러

나 매트릭스의 프리폴리머와 희석제의 비율에는 크게 영향을

받지 않았다. 먼저 매트릭스 프리폴리머의 경우, 3MA mix가

Bis-GMA보다 더 큰 기계적 물성을 나타내는데 이는 3MA

mix의 매트릭스가 이중결합이 많아서 생활성 무기충전재 뿐만

아니라 이중결합을 가진 생분해성 물질(GL15-Ac)과의 결합력

이 더 크기 때문으로 사료된다.22) 그러나 방사선 불투과제가

첨가되고 그 함량이 증가할수록 기계적 물성은 감소하는데 이

는 불투과제가 이중결합을 가지고 있지 않아서 중합에 참여하

지 않고 단지 분산만 되어 있어서 골시멘트의 유기 성분과 무

기 성분과의 결합력이 떨어지고 또한 유기성분이 상대적으로

증가하기 때문에 기계적 물성이 감소하는 것으로 생각된다. 따

라서 골시멘트는 방사선 불투과 특성을 위해서는 투과제가 반

드시 들어가야 하지만 너무 많이 들어가면 오히려 기계적 물

성을 크게 떨어뜨리기 때문에 적당량이 요구되며 본 연구에서

는 약 5 wt% 정도가 적당한 것으로 판단된다.

고성능 골시멘트의 생분해 특성

Figure 5는 여러 가지 종류의 고성능 생분해성 골시멘트의

생분해 거동을 나타낸 것이다. 사용한 프리폴리머의 종류와 관

계없이 모든 골시멘트는 30일 동안 PBS 용액에 침지한 시간

이 증가할수록 생분해되는 경향은 어느 정도 증가하여 중량 손

실이 있었으나 그 값은 2 내지 2.5% 정도로 그리 크지 않았

다. 특히 Bis-GMA와 3MA mix의 생분해 정도는 시간변화에

따라서도 생각만큼 크지 않았으나 약간은 3MA mix가 적은

것을 볼 수 있는데 이는 3MA mix가 이중결합이 더 많아서

중합이 많이 되었기 때문으로 사료된다. 그러나 생분해 물질인

GL15-Ac의 함량을 10 wt%로 고정시키고 단지 항생제인 GS

의 양만 변화시킬 경우 항생제의 함량이 증가할수록 적은 값

이지만 골시멘트의 분해는 촉진되었다. 이런 결과는 전술한 기

계적 물성에서 설명한 바와 같이 첨가된 GS가 중합시 유기성

분과 결합하지 않고 단지 분산만 되어 있기 때문에 물의 흡수

가 촉진되어 생분해가 빨라져서 중량 손실이 증가하는 것으로

사료된다.22) 일반적으로 생분해성 물질을 함유한 골시멘트는 체

내에서 분해되면서 골세포를 유도하여 결국 골 형성을 촉진하

는 것으로 보고되고 있다. 이러한 고성능 생분해성 골시멘트를

제조하기 위해서 여러가지 천연 및 합성 고분자 물질이 사용

되고 있으며14-17) 제조된 생분해성 골시멘트는 체내에 주입되면

초기에는 즉시 뼈와 보철을 구조적으로 지지해 주고 시간이 지

나면서 분해되어 다공성이 생겨 그 안으로 골세포가 유도되어

골시멘트는 기존의 뼈와 하이브리드화 될 수 있다. 또한 이러

한 생분해성 골시멘트는 염증반응을 막을 수 있는 항생제를 함

유하면 그것을 지속적으로 방출을 유도할 수 있다.28)

Figure 4. Compressive strengths of various biodegradable high-per-formance bone cements.

Figure 5. Biodegradation behaviors of biodegradable high-perfor-mance bone cements (radiopacifier: 5 wt%). (a), Bis-GMA and (b),3MA mix.

136 김재진·손준식·박귀덕·한동근

Biomaterials Research 2007

고성능 골시멘트의 항생제 방출 특성

Figure 6은 GS 항생제의 함량에 따른 고성능 생분해성 골

시멘트의 항생제 방출거동을 나타낸 것이다. 모든 고성능 골

시멘트에서 30일 동안 PBS에 침지한 시간이 증가할수록 항

생제의 방출량은 증가하는 경향을 보였다.19) 또한 프리폴리

머로 Bis-GMA를 사용한 경우가 3MA mix를 사용한 것보다

더 높은 항생제 방출 거동을 보였으며 항생제의 함량이 증가

할수록 방출 거동 또한 증가하였다. 이는 전술한 골시멘트의

생분해 특성과 밀접한 관계가 있다는 것을 알 수 있다. 즉,

3MA mix의 경우 생분해가 더디기 때문에 항생제의 방출이

어느 정도 늦어지며, 항생제의 함량이 증가함에 따라서 생분

해가 더 잘 되기 때문에 항생제의 방출은 증가하였다. 또한

항생제의 방출 특성은 골시멘트의 기계적 물성과는 정반대의

결과를 보이는데, 항생제의 함량이 증가함에 따라 방출량은

증가하지만 기계적 물성은 오히려 감소할 수 있으므로 항생

제의 함량은 그 약물 효과 못지않게 물리적 및 기계적 물성

을 좌우함으로 본 연구에서는 약 2 wt%가 바람직할 것으로

기대된다.

고성능 골시멘트의 방사선 불투과성 및 세포독성

Table 2는 방사선 불투과제의 함량에 따른 고성능 생분해성

골시멘트의 방사선 불투과성과 세포독성을 나타낸 것이다. 먼

저 aluminum step wedge를 방사선 촬영 후 두께에 따른 방

사선 불투과성을 선형화한 다음 각각의 샘플의 방사선 불투과

성을 비교한 결과, 방사선 불투과제를 많이 함유할수록 방사선

불투과성이 약간 더 높은 것을 알 수 있다. 또한 두께 2

mm의 각각의 샘플이 조금의 차이는 있지만 aluminum step

wedge의 두께 3 mm정도의 방사선 불투과성을 나타내는 것으

로 보아 방사선 불투과제의 첨가는 골시멘트 적용 후 명암을

확인하는데 도움이 될 것으로 생각된다.1) 그리고 섬유아세포를

이용해서 한천중충평판법으로 고성능 골시멘트의 세포독성을

평가한 결과 시료의 종류나 함량에 관계없이 모두 mild한 세

포독성을 보였다. 이는 제조된 모든 고성능 골시멘트가 임상에

적용해도 전혀 무해하다는 것을 의미한다.

결 론

신규 Bis-GMA 유도체와 생분해성 물질인 GL15-Ac

oligolactide 및 항생제인 gentamicin sulfate, 그리고 방사선

불투과제인 barium sulfate를 함유한 하이브리드형 고성능 생

분해성 3MA계 골시멘트를 성공적으로 제조하였다. 제조된 생

분해성의 고성능 3MA mix 골시멘트는 7 내지 9분의 경화시

간과 상당히 낮은 중합수축률을 보였으며, 또한, 기계적 물성

인 압축강도도 약간 증가하였다. 고성능 생분해성 골시멘트는

Bis-GMA보다는 3MA mix 프리폴리머가 모든 물성이 우수했으

며 생분해성 물질의 함유로 인하여 생분해성은 어느 정도 증

가하였고 또한 염증 유발을 억제할 수 있는 항생제의 서방 방

출과 방사선 불투과제로 인한 방사선 불투과성을 확인하였다.

특히 생물학적 방법으로 세포독성을 확인한 결과 모든 골시멘

트에서 mild한 좋은 결과를 나타내었다. 따라서 이와 같은

3MA계 프리폴리머, 생분해성 oligolactide 및 항생제와 방사선

불투과제가 함유된 하이브리드형 고성능 생분해성 골시멘트는

기존의 PMMA 및 Bis-GMA계 자체 골시멘트의 문제점을 해

결하고 또한 뛰어난 물리적 및 기계적 물성때문에 상품화시 실

제 임상에도 사용이 가능할 것으로 기대된다.

감사의 글

본 연구는 산업자원부 차세대사업의 연구비(2M17140)지원에

의하여 이루어졌으므로 이에 감사드립니다.

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