치아우식증은 치아를 상실하게 되는 원인 중 하나이며, 이는 구강 내 미생물에 의해 일어나는 치아경조직의 붕괴로서 가장 흔한 ‘중대 구강병’ 중 하나에 속한다. 치아우식증에 대한 발생요인 이론은 여러 가지 학설이 있으며, 그 가운데 오늘날까지 가장 옳은 이론으로 인정받고 있는 것은 W.D.Miller의 화학세균설(chemico-parasitic theory)이다. 이 학설은 화학설과 세균설을 결합한 것으로, 구강 내의 세균이 당을 발효시켜 생산한 산에 의해 치아의 경조직에서 무기질의 탈회가 일어나 우식이 발생한다고 알려져 있다. 이처럼 치아우식증을 유발하는 세균은 구강병 발생에 중요한 역할로 작용하기 때문에 해당 요인을 제거해 줌으로써 구강병을 예방하도록 해야한다.
교합면의 소와 및 열구 구조는 많은 미생물과 음식물 잔사가 정체하기 쉬운 형태를 갖고 있어 미생물에 의해 생산된 산이 확산되기 어렵다. 이에 따라 소와 및 열구는 산성 환경으로 변하여 내산성 세균이 정착하는데 유리하고 우식의 발생빈도 또한 높다. 따라서 교합면의 소와나 열구에서 발생되는 우식병을 예방하는 방법으로 치면열구전색법이 소개되었고, 이때 사용되는 치면열구전색재는 가장 효과적인 예방치과재료로 알려져 있다. 이 재료는 소구치나 대구치, 유구치의 교합면에 형성된 좁고 깊은 소와나 열구를 전색재로 미리 메워줌으로써 세균이나 음식물잔사의 축적을 막기 위한 물리적 장벽을 제공한다. 또한 치아우식증에 노출 될 위험이 많은 환자에게 적용하였을 시 보다 나은 구강건강상태를 유지하는데 경제적이라는 장점을 지니고 있다. 그러나 치면열구전색재는 사용기간이 경과됨에 따라 재료의 부분적 탈락 또는 소실을 동반하여 전색되어 있는 재료 주변으로 변연성 우식이 발생된다. 이에 따라 전색된 재료 주변으로 2차우식증 발생을 예방할 수 있는 보다 기능적인 재료의 적용이 필요하다.
산화아연 나노입자는 인체에 독성이 없고, 안정성이 좋아 약물 전달체 및 화장품 등으로 활용되고 있다. 또한 그람 양성 및 음성 균에 걸쳐 높은 항균력을 보이는 장점을 가지고 있어 산화아연을 다양한 형태로 제조하여 활용되는 사례들이 보고되며 관련 연구들이 활발히 진행되고 있다.
필자는 치과재료학을 연구하는 치위생학과 교수이자 치과의료기기 생물학적 안전성 평가에 대한 전문가로서 현재 수행하고 있는 한국연구재단의 치과재료 분야 연구를 소개하고 한국의 다양한 예방치과재료 연구 분야에 대해 이번 ISDH 2022를 통해 간략하게 소개하는 자리를 가질 수 있었다. 특히나 산화아연 나노입자를 치과재료 분야에 적용하여 예방치과재료로서의 활용 가능성을 검증하고자 우식유발균에 대한 항균력을 평가한 내용의 소개가 이루어 졌으며, 식품의약품안전처 고시 제2020-20호(2020. 4. 1, 개정) “의료기기 기준규격” 7. 레진계치면열구전색재(외부에너지중합형)와 이에 바탕이 된 ISO 6874:2015, Dentistry – Polymer-based pit and fissure sealants에 따라 물리·화학적 및 기계적 성질, 식품의약품안전처 고시 제2020-12호(2020. 2. 25, 개정) “의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준규격”과 이에 바탕이 된 ISO 10993-1:2018 및 ISO 7405:2018에 따라 생물학적 안전성에 대한 평가를 진행함으로써 임상에서 이 혼합물의 활용가능성을 제시하였다.
평가를 위해, 기허가 제품으로서 널리 사용되고 있는 치면열구전색재에 100 nm 이하의 입도를 갖는 산화아연 분말을 무게비로 0~4 wt.%의 함량을 첨가하여 혼합물을 제조하였다. 재료의 항균력 평가는 우식유발균으로 알려진 S. mutans에 적용하여 colony forming units, live/dead 염색을 통해 평가하였다. 또한 아연 이온 방출, 물흡수도 및 용해도, 중합 깊이, 굴곡 강도 등을 평가하여 의료기기 기준규격, 국제표준 및 선행 연구들에서 제시하는 치면열구전색재의 요구사항과 비교하였다. 더불어 생체친화성을 평가하기 위해 효소활성시험(MTT assay)을 수행하였다.
그 결과, 치면열구전색재에 산화아연 분말을 첨가함에 따라 S. mutans에 대한 항균효과가 유의미하게 증가하였다. 산화아연 분말을 첨가할수록 살아있는 S. mutans보다 죽어있는 S. mutans가 더 많이 관찰되었고 이때 산화아연을 포함하는 실험군은 아연 이온을 지속적으로 방출하는 양상을 보이며, 해당 이온과 S. mutans의 생존력에 대한 상관성을 보고하였다. 그리고 산화아연의 양을 증가하여 첨가할수록 수분 흡수도가 증가하는 반면, 용해도는 감소하는 양상과 중합 깊이는 산화아연의 첨가에 따라 감소하는 결과를 보고하였다. 그러나 굴곡강도는 모든 군에서 유의미한 차이 없이 임상에서 요구하는 굴곡강도 기준에 부합하여 임상적 효용성을 검증하였다. 더불어 산화아연의 함유 여부는 재료의 세포 생존율에 유의미한 차이를 나타내지 않았다.
이처럼 산화아연을 포함하는 치면열구전색재는 기허가 제품으로서 널리 사용되고 있는 치면열구전색재에 비해 우수한 항균 효과를 제공하였다. 또한, 치면열구전색재에 산화아연을 첨가하더라도 재료의 물리·화학적, 기계적 성질 및 생물학적 특성에 부정적인 영향을 미치지 않았다. 따라서, 새롭게 개발된 산화아연 함유 치면열구전색재는 구강 내에서 재료의 부분적 탈락 또는 소실을 동반하더라도 전색되어 있는 재료 주변으로 변연성 우식을 효과적으로 예방할 수 있는 전도유망한 후보물질이 될 것으로 기대하는 바이다.
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