항균성이 강화된 치아 수복재료가 개발됐다.

▲ 연세대학교 치과대학 교정과학교실 최성환 교수‧만갈 웃커시(Mangal Utkarsh) 박사, 치과생체재료공학교실 권재성 교수

연세대학교 치과대학 교정과학교실 최성환 교수‧만갈 웃커시(Mangal Utkarsh) 박사, 치과생체재료공학교실 권재성 교수 연구팀은 기존 치과용 시멘트의 한계점을 보완해 세균 저항성을 높인 치아 수복재료를 개발했다고 9일 밝혔다.

연구 결과는 생체재료 분야 국제 학술지 바이오머티리얼즈 사이언스(Biomaterials Science, IF 7.59) 최신호에 게재됐다.

충치로 인해 치아가 손상돼 홈이 파이면 치과용 시멘트를 채워 넣어 복구하는데, 이때 레진 강화형 글래스 아이오노머 시멘트(RMGIC‧resin reinforced glass ionomer cement)가 가장 널리 쓰이며 금니와 같은 보철물을 부착할 때도 사용된다.

RMGIC는 충치 예방에 좋은 이온을 방출하는 글래스 아이오노머(glass ionomer)와 강도가 높아 오래 사용할 수 있는 레진(resin)의 장점을 결합한 시멘트지만, 실제로는 스트론튬과 불소 등 충치를 억제하는 이온 방출량이 현격히 줄었으며 재료 표면에 세균이 번식하면서 충치가 생기는 이차 우식증도 쉽게 발생했다.

연구팀은 RMGIC의 한계를 극복하기 위해 다가 양극성 네트워크 개질제(α-mZM‧α-multivalent zwitterionic network modifier)를 RMGIC에 혼합해 새로운 재료를 만들었다.

▲ CTRL과 α-mZM 샘플의 마이크로바이옴 풍부도 프로파일. (A) 문, 속, 종의 수준에서 관찰된 상대적 풍부도 백분율. (B) 풍부도와 균일도를 비교하기 위한 알파 다양성 지수(Shannon's and inverse Simpson's)는 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다(Mann-Whitney U test). (C) 선형 판별 분석 점수와 (D) 다양한 종의 상대적 풍부도 비교를 기반으로 식별된 중요한 분류학적 마커(LDA>2)의 크로나 그림.

그 결과, 기존 RMGIC에 비해 스트론튬과 불소 이온 방출량이 각 20%, 10% 증가하는 등 항균성이 높아져 충치 발생을 억지하는데 더욱 효과적이었다.

▲ 다종 표면 바이오 파울링에 대한 내성. (가) 공초점 레이저 스캐닝 현미경을 이용한 z-stack 스캐닝에 의한 바이오필름 평가 스키마. 스캔은 최소 150µm(z축) 동안 3.42µm 간격으로 수행되었습니다. (B) 살아있는(녹색 형광) 박테리아와 죽은(빨간 형광) 박테리아의 바이오매스 비율 및 생체막 두께(칼럼). Y 축은 log10 척도를 사용합니다. ANOVA를 이용한 통계분석과 Tukey's의 포스트혹 분석은 mZM 그룹과 CTRL 사이에 생물막 두께에 유의한 차이를 보였다(n = 3, *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001). (C) 다양한 샘플에 걸쳐 형성된 생물막의 공초점 측면 영상.

손상된 치아 조직이 어느 정도 재생되고 있는지 알 수 있는 DSPP(Dentine Sialophosphoprotein)와 DMP-1(Dentine matrix protein-1) 지표도 각 32.5%, 245% 증가하며 치아 회복이 더욱 빨라졌다.

석회화 결절 또한 기존 대비 약 50% 증가하며 칼슘 등 치아 구성성분이 재생해 충치 진행이 늦춰지는 치아 재광화도 진행됐으며, 이에 더해 침에서 나와 재료 표면에 남는 세균도 28% 감소시켰고 특히 혐기성 세균 베이요넬라의 성장도 억제하며 항균성을 크게 높였다.

최성환 교수는 "α-mZM를 결합한 RMGIC가 세균 감염을 억제해 충치로 손상된 치아를 더 효과적으로 재생시키는 것으로 확인했다"라며, "향후 이 재료를 사용해 실제 환자들의 깨진 치아를 더 견고하게 치료할 수 있도록 연구를 계속할 계획"이라고 말했다.