안면 임플란트 및 생체 재료

이식용 생체재료의 선택에 대한 결정은 재료-조직 상호작용의 조직병리학적 특징과 숙주 반응에 대한 이해를 필요로 합니다. 모든 임플란트 재료는 임플란트와 숙주 사이에 장벽을 형성하는 결합 조직 캡슐의 형성을 유도합니다. 부작용은 이식된 재료에 대한 해결되지 않은 염증 반응의 결과입니다. 임플란트의 거동은 또한 이식 부위의 형태적 특성, 예를 들어 피부 두께, 조직층의 흉터, 그리고 하부 골의 구조에 따라 달라지며, 이는 임플란트 불안정성을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 더 깊고 두꺼운 연조직층으로 덮인 임플란트는 노출되거나 변위될 가능성이 적습니다. 수술 중 및 수술 후 혈종, 장액종, 감염 예방과 같은 다른 중요한 요소들은 임플란트-숙주 상호작용을 예방하고 임플란트 안정성을 높이는 데 기여합니다.

이상적인 임플란트

이상적인 임플란트 재료는 비용 효율적이고, 무독성, 비항원성, 비발암성을 지녀 수혜자에게 적합하며, 감염에 대한 저항성을 가져야 합니다. 또한 불활성이고, 쉽게 성형 및 가단성이 있으며, 이식이 용이하고, 원래 형태를 영구적으로 유지할 수 있어야 합니다. 수술 중 수혜자 부위의 필요에 따라 쉽게 재형성 및 조정이 가능하면서도 임플란트의 무결성을 손상시키지 않아야 하며, 열 멸균에 대한 내구성을 가져야 합니다.

임플란트 식립 및 안정화에는 유리한 표면 특성이 필수적입니다. 역설적으로, 이는 주변 조직 손상 없이 임플란트를 제거하고 교체하는 것을 크게 용이하게 합니다. 임플란트 고정은 환자의 평생 동안 고정된다는 것을 의미합니다. 실리콘 엘라스토머와 같은 임플란트 소재는 임플란트를 고정하는 주변 캡슐 형성을 유도하는 반면, 캡슐화가 덜 된 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)은 최소한의 조직 내 성장으로 고정됩니다. 각 소재는 수혜 기관과 상호작용하여 다양한 임상 상황에서 고유한 이점을 제공합니다. 상당한 조직 내 성장과 영구적인 고정을 유도하는 소재는 종종 바람직하지 않으며, 특히 환자가 향후 몇 년 안에 교정을 변경하고자 하는 경우 더욱 그렇습니다. ePTFE 임플란트의 실리콘 자연 캡슐화 과정과 최소한의 표면 내 성장은 고정성을 보장하는 동시에 주변 연조직 손상 없이 임플란트를 교체할 수 있도록 합니다.

이상적인 임플란트 형태는 인접한 골 표면과 합쳐지는 테이퍼진 모서리를 가져야 하며, 주변 수혜부로의 만져지거나 감지되지 않는 전이를 형성해야 합니다. 기저 구조에 잘 적응하는 플라스틱 임플란트는 더욱 이동성이 떨어집니다. 외면의 형태는 해당 부위의 자연스러운 해부학적 형태를 모방해야 합니다. 새로운 실리콘 임플란트인 Conform(Implantech Associates, 미국)은 기저 골 표면과의 호환성을 향상시키도록 설계되었습니다. 예를 들어, 새로운 유형의 메시 표면으로 주조된 임플란트는 실리콘 엘라스토머의 형상 기억을 줄이고 유연성을 향상시킵니다. 고르지 않은 골 표면에 대한 적응성이 향상되어 변위 가능성을 줄이고 임플란트와 기저 골 사이에 데드 스페이스가 형성되는 것을 방지합니다. 생체재료 연구 및 개발에 대한 관심이 다시 높아짐에 따라 실리콘과 ePTFE로 구성된 복합 임플란트가 개발되었으며, 이는 안면 수술에 사용될 때 두 생체재료의 장점을 결합할 것으로 기대됩니다(Implantech Associates 및 Gore, 1999).

임플란트용 생체재료

• 고분자 재료/단일체 고분자
  • 실리콘 폴리머

1950년대부터 실리콘은 일관되고 우수한 안전성/효능 프로필을 바탕으로 임상적으로 광범위하게 사용되어 온 오랜 역사를 가지고 있습니다. 실리콘의 화학명은 폴리실록산입니다. 현재 3D 컴퓨터 모델링 및 CAD/CAM(컴퓨터 지원 설계/컴퓨터 지원 제조) 기술을 사용하여 개별적으로 가공할 수 있는 것은 실리콘 엘라스토머뿐입니다. 제조 특성은 제품의 안정성과 순도에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 보형물이 단단할수록 안정성이 높아집니다. 듀로미터 경도가 10 미만인 보형물은 젤과 유사한 성질을 가지며, 시간이 지남에 따라 내부 분자 구성의 일부가 "부식"되거나 손실됩니다. 그러나 실리콘 젤 유방 보형물에 대한 최근 연구에서는 실리콘과 경피증, 전신성 홍반 루푸스, 전신 혈관염, 교원증 또는 기타 자가면역 질환의 발병 사이에 객관적인 연관성이 없음을 보여주었습니다. 고밀도 실리콘 엘라스토머는 화학적 불활성도가 높고 소수성이며 매우 안정적이며 독성이나 알레르기 반응을 일으키지 않습니다. 고밀도 실리콘 보형물에 대한 조직 반응은 조직 내성장 없이 섬유성 피막이 형성되는 것을 특징으로 합니다. 불안정하거나 적절한 연조직 피막 없이 삽입된 경우, 보형물은 중등도의 저강도 염증을 유발하고 장액종(seroma)을 형성할 수 있습니다. 보형물이 너무 얕게 삽입되었거나 피부 쪽으로 이동하지 않는 한, 피막 구축 및 보형물 변형은 드뭅니다.

• • 폴리메틸 메타크릴레이트(아크릴) 폴리머

폴리메틸 메타크릴레이트 폴리머는 분말 혼합물 형태로 제공되며, 촉매 작용을 받으면 매우 단단한 물질이 됩니다. 아크릴 임플란트의 강성과 경도는 큰 임플란트를 작은 구멍을 통해 삽입해야 하는 많은 상황에서 문제가 됩니다. 완성된 임플란트는 아래 뼈의 윤곽에 맞추기 어렵습니다.

• • 폴리에틸렌

폴리에틸렌은 다양한 농도로 생산될 수 있으며, 현재 가장 널리 사용되는 형태는 다공성입니다. 메드포어(Medpore, WL Gore, USA)로도 알려진 다공성 폴리에틸렌은 염증 반응을 최소화하여 안정적입니다. 하지만 밀도가 높고 성형이 어렵습니다. 폴리에틸렌의 다공성 덕분에 섬유 조직이 상당히 증식하여 임플란트의 안정성을 높여줍니다. 하지만 주변 연조직을 손상시키지 않고 제거하기가 매우 어렵고, 특히 임플란트가 얇은 연조직 피복 부위에 위치한 경우 더욱 그렇습니다.

• • 폴리테트라플루오로에틸렌

폴리테트라플루오로에틸렌은 자체적인 임상적 사용 역사를 가진 여러 소재를 포괄합니다. 잘 알려진 브랜드명인 포로플라스트(Poroplast)는 측두하악관절 사용과 관련된 합병증으로 인해 미국에서 더 이상 생산되지 않습니다. 심각한 기계적 응력 하에서 이 소재는 분해되어 심한 염증, 두꺼운 피막 형성을 동반한 감염, 그리고 결국 탈구 또는 제거 수술을 받았습니다.

• • 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌

이 소재는 원래 심혈관 수술용으로 개발되었습니다. 동물 실험 결과, 캡슐 형성 없이 결합 조직의 증식을 제한적으로 허용하며 염증 반응도 최소화하는 것으로 나타났습니다. 시간 경과에 따른 염증 반응은 안면 윤곽 성형에 사용되는 여러 소재와 비교했을 때 우수한 결과를 보였습니다. 이 소재는 피하 조직 확대 및 성형 임플란트 제작에 적합한 것으로 밝혀졌습니다. 조직 증식이 거의 없기 때문에 감염 발생 시 재조정 및 제거가 가능하여 피하 조직 확대에 유리합니다.

• 가교된 폴리머

Marlex(Davol, 미국), Dacron, Mersilene(Dow Corning, 미국)과 같은 메쉬 폴리머는 유사한 장점을 가지고 있습니다. 접고, 봉합하고, 모양을 잡기가 쉽습니다. 하지만 결합 조직의 성장이 촉진되어 메쉬 제거가 어렵습니다. 폴리아미드 메쉬(Supramid)는 나일론 유도체로 흡습성이 있고 생체 내에서 불안정합니다. 다핵 거대 세포와 관련된 약한 이물 반응을 유발하여 시간이 지남에 따라 임플란트의 분해 및 흡수로 이어집니다.

• 궤조

금속은 주로 스테인리스강, 비탈륨, 금, 티타늄입니다. 상안검 스프링이나 치과 보철물처럼 금을 사용하는 몇 가지 경우를 제외하고, 티타늄은 장기 임플란트에 가장 적합한 금속입니다. 이는 생체 적합성과 내식성이 뛰어나고 강도가 높으며 CT 촬영 시 X선 감쇠가 최소화되기 때문입니다.

• 인산칼슘

인산칼슘 기반 물질, 즉 수산화인회석은 골 형성을 촉진하지는 않지만, 인접 부위에서 골이 자랄 수 있는 기질을 제공합니다. 과립 형태의 수산화인회석 결정은 악안면외과에서 치조돌기를 증강하는 데 사용됩니다. 블록 형태의 수산화인회석은 절골술 시 삽입 임플란트로 사용됩니다. 그러나 수산화인회석은 취약하고, 성형 및 윤곽 형성이 어렵고, 골 표면의 불규칙성에 적응하지 못하기 때문에 증강이나 온레이 용도로는 적합하지 않은 것으로 나타났습니다.

자가이식, 동종이식 및 이종이식

자가골, 연골, 지방과 같은 자가이식편은 공여부 합병증과 공여 재료의 제한적인 공급으로 인해 사용이 제한적입니다. 가공된 연골 동종이식편은 코 재건에 사용되지만 시간이 지남에 따라 흡수 및 섬유화가 발생할 수 있습니다. 다른 재료와 주사형도 시중에 판매되고 있습니다.

조직공학 및 생체적합성 임플란트 제작

최근 몇 년 동안 조직 공학은 학제 간 융합 분야로 발전했습니다. 합성 화합물의 특성을 변형하여 분리된 세포 응집체를 수혜자에게 전달함으로써 새로운 기능 조직을 만들어낼 수 있습니다. 조직 공학은 자연 과학, 조직 배양, 이식 등 여러 분야의 발전에 기반을 두고 있습니다. 이러한 기술은 세포를 부유시켜 조직 기질을 형성할 수 있는 3차원 환경을 제공합니다. 기질은 세포를 포집하여 영양소와 기체 교환을 촉진하고, 결과적으로 젤라틴 형태의 새로운 조직을 형성합니다. 이러한 새로운 조직 공학 원리를 기반으로 여러 연골 임플란트가 개발되었으며, 관절 연골, 기관 고리 연골, 귀 연골 등이 여기에 포함됩니다. 주사기를 사용하여 알긴산염을 주입하는 방법은 방광요관역류 치료를 위한 생체 내 연골 생성에 성공적으로 사용되었습니다. 그 결과, 소변 역류를 방지하는 불규칙한 모양의 연골 세포 덩어리가 형성되었습니다. 조직 공학을 통해 정밀한 형태의 연골을 제공할 수 있으며, 면역 적합 세포와 간질 물질로 구성된 다양한 유형의 윤곽 성형 안면 임플란트가 현재 개발되고 있습니다. 이러한 기술의 도입은 공여 부위의 합병증 발생률을 줄이고, 이소성 임플란트와 마찬가지로 수술 기간을 단축할 것입니다.

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