연구 제목

유도막 기법을 사용한 대퇴골 광범위 결손부에 3D 프린팅으로 제작한 생체활성 세라믹 스캐폴드와골형성단백질rhBMP-2의 적용

연구배경 및 목적

자가골 이식은 유도막 기법에서 최적의 골충전재이지만 채취할 수 있는 양과 장소가 한정적으로 합병증 발생 위험 증가 등으로 인해 대체 이식재의 필요성이 높다. 본 연구는 광범위한 대퇴골 결손이 있는 토끼 모델에게 유도막 기법을 사용한 치료를 적용할 때 rhBMP-2(recombinant human bone morphogenetic protein-2)로 코팅한 3D 프린팅 생체 활성 세라믹 스캐폴드의 효과를 평가하기 위해 진행하였다.

연구방법

3-4개월령 뉴질랜드 흰토끼 14마리의 대퇴골에 15mm 결손을 형성하고 피막을 형성하는 polymethylmethacrylate 성분으로 cemet으로 채운 다음 plate로 고정하였다. 4주 후 스캐폴드 이식시 7마리씩 두 그룹으로 나눠 한 군(Group A) 경우 3D 프린팅한 생체활성 세라믹 스캐폴드(BGS-7)만 적용하고 나머지 한 군(Group B)은 스캐폴드와 함께 rhBMP-2를 적용했으며 스캐폴드 이식 8주 뒤, 방사선학적, 생역학적 평가를 통해 예후를 비교, 평가하였다. 평가 항목은 X-ray 평가와 Conventional CT, micro-CT 평가, 생체역학적 평가(Stiffness)와 육안 관찰 평가로 설정하였다.

연구 결과

X-ray 평가 결과, BGS-7 단독 적용군에서 완전 유합이 발생한 개체는 2마리(29%)인 반면, BGS-7과 rhBMP-2 병용군에서는 모든 개체(100%)가 완전 유합이 발생한 것으로 관찰되었다(p=0.01). 스캐폴드 바깥쪽에 형성된 신생골의 부피를 비교했을 때 BGS-7 단독 적용군의 평균 신생골 부피는 501.41±178.15mm3인데 비해 BGS-7/rhBMP-2 적용군은 1010.80±418.42mm3로 약 2배 많은 신생골이 형성된 것을 확인하였다(p=0.004). 스캐폴드 안쪽의 신생골 부피는 두 그룹간 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 생체역학적 평가 결과, BGS-7/rhBMP-2 병용군이 BGS-7 단독 적용군 대비 강성이 유의하게 높았다(p=0.002). 또한 육안으로 관찰하고 평가한 결과 BGS-7과 rhBMP-2 병용한 그룹은 피질뼈가 스캐폴드를 따라 광범위하게 형성되어 있는 것이 관찰되었다.

결론

rhBMP-2로 코팅한 3D프린팅 제작 생체활성 세라믹 스캐폴드는 광범위한 골결손을 가진 소형 동물모델에서 성공적인 골재생 효과를 보인다.

Ref) Jae-Woo Cho, Beom-Soo Kim, Do-Hyun Yeo, EicJu Lim, SeungyeobSakong, Junyoung Lim,  SungNam Park, Yong-HoonJeong, Tae-Gon Jung, Hyuk Choi, Chang-Wug Oh, Hak Jun Kim, Jong Woong Park, Jong-Keon Oh.
Journal of Orthopaedic Research 2021; Online published