최성환 연세대 치대 치과교정과 교수, 김도현 치과보존과 교수, 권재성 생체재료공학교실 교수팀은 인체적합성과 강도를 모두 높여 생활치수치료 효과를 개선할 수 있는 재료를 개발했다고 14일 밝혔다.

이번 연구결과는 생체재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머터리얼즈’(Advanced Healthcare Materials, IF=10) 최신호에 'Integrating Phosphate Enhances Biomineralization Effect of Methacrylate Cement in Vital Pulp Treatment with Improved Human Dental Pulp Stem Cells Stimulation'라는 제목의 논문으로 실렸다.

치아의 가장 안쪽에는 혈관, 신경 등으로 구성된 치수가 있다. 충치가 심해져 치수조직까지 침범하면 심한 통증을 유발한다. 이런 경우 보통 치수조직 전체를 제거하는 신경치료를 진행한다. 이와 달리 손상된 치수의 일부분만 제거하고 나머지 부분은 살려서 유지할 수도 있는데 이를 ‘생활치수치료’라 한다. 이를 통해 치수의 일상생활력을 유지하고 자연 치아의 기능을 최대한 보존할 수 있다.

살아 있는 치수만을 선택적으로 살리는 생활치수치료(Vital pulp treatment, VPT)의 결과에는 치료에 사용하는 재료인 시멘트가 많은 영향을 준다. 제거한 손상 치수 부분을 시멘트로 덮는데 시멘트는 높은 밀봉력으로 세균 침투를 막아야 한다. 또 음식을 씹어야 하기에 높은 압력을 견뎌야 하며 치수조직과 직접 맞닿는 재료이기에 인체적합성이 우수해야 한다.

하지만 현재 생활치수치료에 사용하는 시멘트는 수산화칼슘 기반으로 제작돼 시간에 따라 녹아 밀봉력이 약하고, 강도도 낮다. 또 최근 많이 사용되기 시작한 칼슘 실리케이트 기반의 시멘트는 가격이 비싸다.

 최성환 연세대 치대 치과교정과 교수(왼쪽부터), 김도현 치과보존과 교수, 권재성 생체재료공학교실 교수

연구팀은 이러한 시멘트 재료의 한계를 극복하기 위해 인산염계 유리를 함유한 ‘메틸 메타아크릴레이트 기반 치과용 레진-글라스 시멘트’(Phosphate based glass(PBG) integrated methyl methacrylate based cement(MC), PIMC)를 개발했다. 메틸 메타아크릴레이트는 밀봉력이 우수하며 강도가 높고, 인산염계 유리는 경조직 재생을 촉진하는 인산염 및 칼슘 이온을 방출하는 특성이 있다.

연구팀은 습기가 많은 구강과 비슷한 환경에 노출시키기 위해 PIMC를 일주일간 증류수에 넣었다. 그 결과, PIMC는 60MPa(메가파스칼) 이상의 강도를 유지하면서 치수조직 등 경조직 재생에 필요한 인산염과 칼슘 이온이 지속적으로 방출되는 것을 확인했다. 60MPa는 심해 6000m 이하에서의 고압 수준이다.

또 PIMC를 인간 유래 치수줄기세포에 적용한 결과 치수를 덮는 상아질 재생에 필수적인 단백질인 DMP1(dentin matrix protein-1), DSPP(dentin sialophosphoprotein), OPN(osteopontin)의 발현도가 대조군(MC 재료)보다 각각 10%, 44%, 173% 상승했다.

이어 치수가 겉으로 노출된 성견(成犬)에 PIMC를 적용한 실험에서도, 경조직과 연조직 형성 비율이 대조군보다 288% 상승했고, 염증반응은 없었다.

최성환 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 PIMC는 높은 강도를 유지하면서도 치수줄기세포를 자극해 효과적으로 상아질을 재생하고 손상 치수를 회복할 수 있음을 확인했다”며 “생활치수치료에 PIMC를 적용한다면 최소 치료로 자연 치아를 최대한 보존하는 생활치수치료의 결과가 더욱 개선될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단, 범부처의료기기연구개발사업단, 한국보건산업진흥원 사업의 지원을 받아 진행됐다.