본 연구는 osteomac과 골세포가 골조직 개조과정에서 하는 역할을 조사하고자 수학적 모델링 방법을 사용하였다. 2013년에 발표된 Graham's model을 기반으로 하고 osteomac을 해당 네트워크에 추가하여 각 링크의 파라미터와 상미분방정식을 작성하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 osteomac과 골세포의 효율성이 일정 수치 이하인 경우 골조직 개조가 안정적이지 않고 감소하는 방향으로 이동하였다. 골세포의 효율성은 일정 수치 이상이 되어야 골조직 개조에도 골량이 유지되었으며 osteomac의 효율성의 수치가 증가함에 따라 골량도 함께 증가하는 것을 볼 수 있었다. Osteomac의 효율성이 골조직 개조와 골량 유지에 많은 영향을 미칠 수 있음을 제안한다.
본 연구는 ipriflavone(isopropoxysioflavone)의 투여가 백서 두개관세포의 증식과 골조직 개조에 미치는 영향을 알아보고자 시도되었다. 태령 20-21일째의 백서 두개관세포를 분리 배양한 후, $10^{-9}M$부터 $10^{-5}M$까지 농도의 ipriflavone을 투여하고 1일째와 3일째에 MTT분석을 시행하여 흡광도를 평가한 결과, 모든 농도에서 백서 두개관세포의 증식을 보이지 않았다. 한편 골조직 개조에 미치는 영향을 알아보기 위하여 14일째에 alizarin red 염색을 시행하여, 형성된 석회화 결절 면적을 측정하였을 때, $10^{-8}M,\;10^{-7}M,\;10^-6}M$농도를 투여한 경우 석회화 결절 형성이 유의하게 증가하였다 골아세포의 분화에 미치는 영향을 알아보기 위하여 ipriflavone을 투여하고 7일째와 14일째에 추출한 RNA를 역전사 중합효소 연쇄반응(RT-PCR)을 시켜 bone sialoprotein(BSP), type I collagen(COL I) osteocalcin (OCN) 유전자 발현을 관찰한 결과 BSP와 COL I 유전자는 배양 7일째 높은 발현을 보였고, OCN 유전자는 배양 14일째 높은 발현을 보였다. 이상의 연구결과 ipriflavone이 백서 두개관세포에서 석회화를 촉진시키고 골아세포의 분화에 관여하는 BSP, COL I 및 OCN 유전자 발현을 증가시켜 골조직의 개조를 빠르게 할 수 있음을 시사하였다.
결합 조직의 대사를 억제하고, 골조직이나 골세포의 골기질 대사 역시 억제하는 것으로 알려져 있는 $Interferon-\gamma(IFN-\gamma)$의 교정치료에의 이용 가능성을 평가하기 위하여, 교정력에 의한 골 개조 과정에서 중심적 역할을 하는 것으로 알려진 치주인대 세포를 primary culture하여 배양된 세포에 $IFN-\gamma$를 투여함으로써 이것이 골조직 기질의 합성능에 미치는 영향에 대하여 관찰하였다. $IFN-\gamma$는 세포의 DNA합성능을 약하게 증가시켰으며, 세포내 DNA 총량에는 영향을 미치지 않았다. 따라서 이 실험에서 사용한 용량의 $IFN-\gamma$는 세포에 독성이 없다고 할 수 있으며, 다른 결합조직 세포에서 나타나는 항증식 효과와는 반대되는 결과였다. $IFN-\gamma$는 비교원성 단백질(NCP)의 합성을 증가시키는 양상을 나타내었으나, 교원질(CDP)의 합성은 감소시키는 경향을 보여, 총단백질에 대한 교원질의 합성비율은 $IFN-\gamma$에 의해 용량 의존적으로 감소하였다. 또한 교원질의 mRNA양은 단백질 합성과 유관하게 $IFN-\gamma$에 의해 억제되었다. 따라서 $IFN-\gamma$는 교원질 합성의 전사과정 혹은 그 이후의 과정에 영향을 미칠 것으로 예상할 수 있다. 한편 Indomethacin의 투여로 $IFN-\gamma$에 의해 억제된 교원질의 합성이 영향을 받지 않았기 때문에 $IFN-\gamma$에 의한 교원질 합성 과정에 prostaglandin이 관련되지 않았음을 알 수 있었다. 반면 fibronectin의 합성은 10 및 100 U/ml의 $IFN-\gamma$ 투여시에는 영향을 받지 않았으나, 1000U/ml의 $IFN-\gamma$투여시에는 유의한 증가를 나타내어, 교원질에서와는 다른 영향을 나타내었다. 또한 mRNA steady state level에서도 $IFN-\gamma$는 교원질의에서와는 달리 fibronectin mRNA 양에는 영향을 미치지 않았다. 즉 $IFN-\gamma$ fibronectin 유전자 발현에 영향을 미치는 부위는 전사나, 전사후 변형단계가 아닌 단백질 합성단계에서 영향을 미침을 보여주었다. 따라서 $IFN-\gamma$ 교원질과 fibronectin합성 조절 영향을 미치는 부위 서로 다름을 알 수 있겠다. Alkaline phospatase의 활성은 10-1000 U/ml의 $IFN-\gamma$를 투여시 약하게 증가시키는 경향을 보였으나 석회화가 일어날 정도로 높게 증가시키지는 못했다. 따라서 $IFN-\gamma$는 골기질의 주성분인 type I 교원질의 합성을 선택적으로 억제하는 기능과 alkaline phosphatase의 활성을 크게 증가시키지 못한 점 등으로 미루어 볼 때, 골개조를 억제하는 방향으로 작용한다고 볼 수 있으며, 교정치료 과정중 골개조를 억제하는 부위에서 사용을 시도해 볼 수 있겠다.
교정치료시 치아이동은 치주인대세포를 매개로 골조직의 개조가 일어나는 과정으로서 골조직의 성장과 개조는 조골세포, 파골세포 및 그 전구세포의 증식, 분화 및 활성에 영향을 미치는 여러가지 전신적 인자와 국소적 인자에 의하여 조절되고 있다. 1.25-Dihydroxyvitamin $D_3$는 vitamin $D_3$의 대사물로서 경조직에 있어서 칼슘과 인산의 이동에 중요한 역할을 담당하고 있는 것으로 알려져 있으나 치주인대에 대한 1,25-Dihydroxyvitamin $D_3$의 생물학적 기능은 잘 알려져 있지 않다. 1.25-Dihydroxyvitamin $D_3$가 치주인대세포의 활성에 미치는 영향을 관찰하고자 10, 25, 50, 100ng/ml농도의 1,25 Dihydroxyvitamin $D_3$를 배양 치주인대세포에 첨가하여 배양 1, 2, 3일 후 M.T.T. 방법으로 세포의 활성을 관찰하였으며, 백서의 실험적 치아이동시 치주인대 내에 1,25-Dihydroxyvitamin $D_3$를 투여하여 12, 24, 36, 48, 72시간 및 7일 후의 조직 변화 소견을 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 10ng, 25ng/ml 농도의 1,25-Dihydroxyvitamin $D_3$를 치주인대세포에 가한 후 배양 1, 2, 3일째의 실험군 활성은 대조군과 차이가 없었다. 2. 50ng/ml 농도의 1,25-Dihydroxyvitamin $D_3$를 치주인대세포에 가한 후 배양 3일째의 활성은 대조군에 비하여 유의하게 증가되었으며 100ng/ml농도에서는 배양 2, 3일째에 유의하게 많았다. 3. 백서에 교정력을 가한 후 인장측에서의 골아세포 활성, 치주인대섬유의 파열, 모세혈관 증식은 투여후 7일까지 1.25-Dihydroxyvitamin $D_3$ 투여측과 대조측 간에 차이가 없었다. 4. 교정력을 가한 후 36시간부터 1,25-Dihydroxyvitamin $D_3$를 투여한 압박측의 파골세포 활성 및 치조골 흡수량이 증가하였다. 이상과 같은 결과로, 50-100ng/ml 농도에서 1,25-Dihydroxyvitamin $D_3$의 농도와 배양 기간에 비례하여 치주인대세포의 활성이 증가하였으며 1,25-Dihydroxyvitarnin $D_3$가 투여 36시간부터 파골세포의 활성과 그에 따른 치조골 흡수량 증가에 영향을 미쳤다고 사료된다.
이 연구는 구개부 골내고정원 장치 C-Palatal $Plate^{TM}$에 가해진 즉시 교정력이 장치 주위 골조직 및 연조직의 치유 반응에 미치는 영향을 조직학적으로 관찰하고자 시행되었다. 4마리의 비글 성견을 대상으로 정중 구개부에 장치를 식립한 후, 교정력을 전혀 가하지 않고 8주 경과된 한 마리를 대조군으로 하고, 식립 직후부터 8주간 지속적인 교정력을 받은 한 마리, 18주간 지속적인 교정력을 받은 한 마리, 그리고 18주간 지속적인 교정력을 받은 후 장치가 제거되고 이후 4주간의 치유기간을 거친 한 마리, 총 세마리를 실험군으로 하여 동요도 검사, 방사선 사진 관찰, 그리고 조직학적 관찰을 시행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 희생 후 조직괴의 측면 방사선 사진상에서, 대조군에 비하여 즉시 교정력을 받은 군에서는 플레이트의 수직적 변위가 발생하였으나 경미하였고, 동요도 검사시 모든 군에서 초기 안정성이 확인되었으며 실험기간 중 동요도의 증가는 없었다. 2. 상부 연조직의 치유상태는 실험군과 대조군 모두 병리적 변화가 관찰되지 않았다. 3. 골유착은 교정력을 가한 8주군과 18주군 모두에서 관찰되었고 18주 경과시 골유착의 분포가 더욱 증가되었다. 그러나 압박측과 긴장측간에 골유착 분포의 차이는 관찰되지 않았으며, 대조군이 실험군에 비하여 골유착에 불리한 것으로 나타났다. 4. 스크류 경부의 변연골은 대조군에서는 뚜렷한 변화가 없었던 반면, 8주군과 18주군에서는 압박측, 긴장측과 무관하게 부분적으로 변연골 침착 및 흡수가 일어났으나 경미하였다. 5. 비강으로 관통된 스크류에서, 8주군과 18주군에서는 스크류 표면을 따라 비강측으로 신생골 침착이 관찰되었으나, 대조군에서는 관찰되지 않았다. 6. 장치 제거 4주 후, 상피층은 긴밀하게 재생되었으나 결합조직은 성글고 불규칙한 배열을 보였으며, 장치를 둘러쌌던 결합조직피막이 잔존하였다. 스크류가 식립되었던 골부위에서는 왕성한 골개조가 진행되고 있었다. 즉시 교정력에 대하여 C-Palatal $Plate^{TM}$는 임상적으로 뿐만 아니라 조직학적으로도 충분한 고정원 가치를 지니는 것으로 확인되었다.
치아 이동시 골개조에 관여하는 골모세포의 활성을 알아보기 위해 골조직 대사 물질인 vitamin $D_3$를 1, 10, 100nM/ml 농도로, dexamethasone을 10, 100nM/ml, $1{\mu}M/ml$ 농도로 단독 또는 복합 투여하여 세포 활성 및 염기성인산분해효소의 활성도를 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. dexamethasone을 단독 투여한 경우 배양 1일째에 $1{\mu}M/ml$ 농도에서만 대조군에 비해 유의한 세포 활성 증가를 보였으며 이후에는 전반적으로 유의한 감소를 보였다. 반면에 염기성 인산분해효소의 활성도는 $1{\mu}M/ml$의 dexamethasone일 때 가장 높았으며 배양 기간이 길어질수록 유의한 증가를 보였다. 2 vitamin $D_3$ 첨가시 배양 1일째에는 세포 활성이 증가하였으나 배양 2일째에는100nM/ml에서 대조군과 비교해 크게 감소하여 농도의 증가에 따라 세포 활성이 크게 감소하는 경향을 보였으며 배양 3일째에는 다소 활성이 회복되었다. 염기성 인산분해효소의 활성도는 10nM/ml과 100nM/m1의 vitamin $D_3$에서 배양 2일째와 3일째에 대조군에 비해 유의하게 높았는데 100nM/ml에서 배양 3일째에 가장 높았다. 3. dexamethasone과 vitamin $D_3$를 복합 투여 한 경우 배 양 2일째에는 모든 vitamin $D_3$ 농도에서 세포 활성 이 감소하였으나 3일째에는 세포 활성이 회복되어 대조군이나 dexamethasone단독 투여 시에 비해 유의한 활성 증가를 보이는 경우가 있었다. 염기성 인산분해효소의 활성은 배양 1일째에 감소를 보였으나 배양 2일째에 10nM/ml나 100nM/ml의 dexamethasone에 100nM/ml의 vitamin $D_3$복합 투여의 경우 유의한 증가를 보였고 배양 3일째에 다시 감소를 보였다. 적절한 농도의 dexamethasone과vitamin $D_3$의 복합 사용으로 골모세포의 활성 및 염기성 인산분해효소를 증가시키거나 조절하는 상승 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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