• Applied Chemistry for Engineering
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• v.16 no.6
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• pp.725-730
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• 2005

In the development of biomaterials as a substitute of hard tissues, the biocompatibility and osteoconductivity of the biomaterial are considered to be one of the most significant considerations. These biological properties of a material can be greatly improved by the modification of the surface properties by the depositing calcium phosphate thin films on the material since calcium phosphate films possess similar chemical compositions to hard tissues. The success of a material as a biomaterial will be determined by the interaction of the surface of the material with the adhesion molecules which induce cellular adhesion and biological responses of the adherent cells. Depending on the adsorption mechanisms and adsorbed conformation of the adhesion molecules on the surface of the biomaterial, cellular responses, such as adhesion, proliferation and differentiation of osteoblast cells, can be promoted or restricted. It has been reported that materials of which surfaces were modified with thin films of calcium phosphate appeared to be more osteoconductive. Rapid formations of bone nodule in addition to higher differentiations of osteoblast have been observed on the calcium phosphate thin films.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• v.36 no.3
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• pp.601-611
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• 2006

임프란트 식립을 필요로 하는 환자의 수평적 치조제 결손의 증대를 위해 골유도재생술과 병용한 bioactive glass (BG) $(Biogran^{(R)})$ 이식의 골재생 양상을 각기 다른 치유기간을 부여한 4명의 환자에서 평가하였다. 6, 8, 10, 18개월의 치유기간 후 임프란트 식립부위에서 조직절편을 채득하여 골재생을 조직계측학적으로 평가하였다. 임프란트 식립을 위한 surgical reentry시 모든 이식부위는 임상적으로 명확한 수평적 치조제 폭경의 증가를 관찰할 수 있었다. 하지만 조직학적 분석결과 BG는 불량한 골전도성을 나타내었다. 6, 8개월의 치유기간후, 이식부위에서 신생골이 거의 관찰되지 않았으며(2.5%이하), 이식부와 기존 골의 경계부위에서 BG particle에 대한 신생골 성장과 결합양상 또는 관찰할 수 없었다. 10개월의 치유기간후 기존 골조직으로부터 성장한 신생골의 BG particle과의 직접적인 접촉양상을 일부 관찰할 수 있었다. 이식부는 13.2%의 광물화된 신생골조직을 보였고, 대부분의 BG particle은 결체조직으로 둘러싸여 있었다. 18개월의 치유기간이 부여된 환자의 조직절편에서 신생골은 이식부의 10.7%를 차지하여 비교적 낮은 신생골 형성양을 나타내었고, 이식부에 존재하는 잔존BG particle은 대부분은 결체조직으로, 일부분에서 광물화된 골조직으로 둘러싸여 있었다. 6, 8, 10, 18개월에서 잔존 BG particle양은 전체 이식부 면적에 대해서 각기 22.3%, 26.5%, 30.7%, 18.7%로 나타났다. 본 증례보고는 비록 한정적인 4명의 환자에서의 조직계측학적 평가결과이지만, 수평적 치조제 결손의 증대를 위해 골유도재생술과 병용한 bioactive glass이식은 불량한 골전도성으로 인해 효과적인 골재생을 위한 이식재로서는 적절하지 않을 수 있음을 나타낸다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.5.2-5.2
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• 2010

인체 경조직인 뼈와 치아는 콜라겐 단백질과 인산칼슘 무기질 성분으로 구성된 최적의 복합체라 볼 수 있다. 이러한 인산칼슘 무기질 성분은 결정학적, 화학적으로 hydroxyapatite (HA, Ca10(PO4)6(OH)2)와 거의 유사하여 높은 생체활성과 골전도성을 보이는 것으로 알려져 있다. 또한, hydroxyapatite의 고온 분해 산물로 볼 수 있는 tricalcuim phosphate(TCP, Ca3(PO4)2)는 체내에 이식시 체액에 용해되어 신생골을 유도하는 생체흡수성 세라믹스로 알려져있다. 이러한 HA와 TCP는 우수한 생체친화성에도 불구하고 기계적 특성이 낮아, non-load bearing 부위에 적용이 되어 다공질의 골수복재 용도로 활용되거나, load-bearing부위의 적용을 위한 금속 implant 등의 생체친화성 보완을 위한 표면 코팅재로 사용되고 있는 실정이다. 본 발표에서는 생체특성이 매우 우수한 인산칼슘 생체세라믹스의 load-bearing part 적용을 위하여 강도 및 파괴인성의 기계적 특성을 증진시킨 사례를 살펴보고, non-load bearing part에 실제 사용되는 인산칼슘 생체세라믹스의 다공질(porous) 골수복재(bone graft)의 역학 특성 증진을 위한 아이디어와 함께, 역학 특성이 매우 뛰어난 지르코니아 생체세라믹스의 강화-소결법에 대하여 소개하고자 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.38 no.11
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• pp.1273-1281
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• 2014

Tissue engineering is an emerging research field that has the potential to restore, regenerate and repair damaged bone tissue and organs. Tricalcium phosphate and hydroxyapatite biomaterials-based calcium phosphate are excellent materials that have both osteoconduction and biocompatibility for bone tissue regeneration. In this study, solution structures were successfully fabricated using a fused deposition modeling system based on deposition and heating devices. The morphology characteristics of the bioceramic scaffolds sintered at a temperature of $1,300^{\circ}C$ were analyzed by scanning electron microscopy. The effects of various blended TCP/HA ratio on the microstructure and shrinkage were studied. The mechanical properties of the scaffolds were measured using a compression testing machine from stress-strain curves on the crosshead velocity of 1 mm/min. The fabricated scaffolds were evaluated by cell proliferation tests of MG-63 cells. The results of this study suggest that the blended TCP(75 wt%)/HA(25 wt%) scaffold is an appropriate scaffold for bone tissue regeneration.

• The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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• v.48 no.1
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• pp.16-27
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• 2010

Purpose: The aim of this experimental study is to observe the effect of platelet-rich plasma (PRP) on early bone regeneration of rats both in normal condition and in osteoporosis induced by ovariectomy. Material and methods: Total 40 Sprague-Dawley female rats were divided into 4 groups. A 8-mm-diameter calvarial critical-sized defect (CSD) was made by drilling with trephine at the center of calvaria in cranium of every rat. Every CSD was augmented with an osteoconductive synthetic alloplastic substitute ($MBCP^{TM}$) and PRP as follows. Group A; 10 non-ovariectomized rats grafted with only $MBCP^{TM}$. Group B; 10 non-ovariectomized rats grafted with $MBCP^{TM}$ and PRP. Group C; 10 ovariectomized rats grafted with only $MBCP^{TM}$. Group D; 10 ovariectomized rats grafted with $MBCP^{TM}$ and PRP. At 4 weeks after graft, every rat was sacrificed. And histomorphometric analysis was performed by measuring calcified area of new bone formation within the CSD. Results: Comparing four groups, results were obtained as follows. 1. In non-ovariectomized groups, PRP showed a positive effect somewhat but not significant (P > .05). 2. In ovariectomized groups, PRP showed a positive effect significantly (P < .05). 3. In PRP untreated groups, ovariectomy diminished bone regeneration significantly (P < .05). 4. In PRP treated groups, ovariectomy diminished bone regeneration somewhat but not significant (P > .05). Conclusion: Within the limitation of this study, it can be concluded that PRP in combination with an osteoconductive synthetic alloplastic substitute has an effect on bone regeneration more significantly in ovariectomized osteoporotic rats than in normal rats.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• v.28 no.4
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• pp.577-604
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• 1998

chitosan은 골치유증진 및 골세포의 분화를 촉진하는 것으로 알려진 천연의 생분해성 고분자이다. 이연구에서는 chitosan 및 chitosan/tricalcium phosphate(TCP) 다공성 기질을 제조하여 골이식재 및 조직공학적 골형성을 위한 3차원적 세포배양 지지체로서의 가능성을 평가하고자 하였다. chitosan 용액 및 TCP가 포함된 chitosan 용액을 동결건조함으로써 소공의 크기가 $100-200{\mu}m$인 스폰지형태의 chitosan 및 chitosan/TCP 다공성 기질을 제작하였다. 골이식재로서의 효과를 평가하기 위하여 백서의 두개골 결손부에 제작된 chiosan 및 chitosan/TCP 다공성 기질을 각각 이식하고 2주 및 4주 후에 동물을 희생하여 조직학적으로 치유양상을 관찰하였다. 조직공학적 골형성을 위한 세포배양 지지체로서의 가능성을 평가하기 위하여 백서 태자의 두개골에서 분리된 골아세포를 chitosan 및 chitosan/TCP 다공성 기질에 각각 접종하고 56일간 배양하면서 각 기간 별로 세포수, 염기성 인산효소 활성, 축적된 calcium의 양을 측정하였고 배양된 세포-기질 혼합체를 광학현미경 및 주사전자현 미경하에서 조직학적 관찰을 시행하였다. 백서 두개골결손부에 이식된 chitosan 및 chiosan/TCP 다공성 기질은 별다른 이물반응 없이 자연 분해되면서 신생골조직 내에 매립되었으며 이식하지 않은 대조군에 비해 유의하게 높은 신생골형성 효과를 나타내어 우수한 골전도성이 있음이 확인되었다. 신생골형성 양상이나 형성된 양에 있어서 두 가지 기질간의 유의한 차이는 없었다. 골아세포-기질 혼합체의 배양결과, 접종후 배양 28일 경과 시까지 골아세포수는 지속적으로 증가하다가 이후에는 5 8일까지 성장정도가 둔화되었다. 염기성 인산효소의 활성 및 calcium 축적량은 접종후 배양시간경과에 따라 56일까지 지속적으로 증가하였다. 세포수 및 염기성 인산효소의 활성에서 두 기질간의 유의한 차이는 없었고, calcium 축적량에 있어서는 chitosan/TCP 기질에서 유의하게 높았고 증가속도도 컸다. 배양된 골아세포가 접종된 다공성 기질의 조직학적 관찰결과, 골아세포는 다공성 기질에 잘 부착하여 중층의 형태로 성장하면서 광화된 골기질을 형성함이 관찰되었다. 배양 14일부터 작은 골편형태의 골형성이 기질 표면에 부착되어 관찰되었고, 배양기간이 길어짐에 따라 성장하여 배양 56일째에는 상당한 양의 광화된 골질이 형성됨이 관찰되었다. 배양 56일 경과후의 광화된 골질의 양은 chitosan/TCP 기질에서 더 많았다. 이 연구의 결과, chitosan 및 chitosan/TCP 다공성 기질이 골이식재로서 뿐만 아니라, 조직공학적 골형성에 적용되는 골아세포의 배양을 위한 3차원구조의 세포지지체로 이용되어 골재생술식에 유용한 생체재료로 활용될 수 있음이 확인되었다.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• v.34 no.4
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• pp.733-746
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• 2004

The present study aimed to examine the effects of topical application of alendronate with a collagen membrane on the healing of the calvarial defect in rats, which has a good experimental design for the healing of tissue destruction, To study the effect of alendronate on bone healing, the collagen membrane containing $200{\mu}g$ alendronate was inserted in the defects of the right side and collagen membrane treated with physiologic saline was inserted in the defects of the left side. After 1, 2 and 4 weeks, observation of histologic feature after H&E staining, cell counting after TRAP staining, and hardness measurement(Knoop) were performed. In histologic finding, similar features were shown for both test and control groups each week. In cell counting only the 1 week test groups showed significant reduction of TRAP(+)cells than control groups(p<0.01) and the control groups showed statistically significant difference for 1, 2, 4weeks(p<0.05). In hardness measurement, The 2 week test groups showed significant higher hardness than control groups.(p<0,05) and not 4 weeks. There was significant increase of hardness for both groups as time goes by.(p<0.0l) Therefore local application of alendronate with collagen membrane was somewhat effective in reducing osteoclastic activity and increasing hardness in the early stage of healing. Further investigation concerning the actual effect of alendronate for bony healing will be necessary to apply the clinical cases

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.38 no.4
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• pp.371-377
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• 2014

In tissue engineering, a scaffold is a three-dimensional(3D) structure that serves as a template for regeneration the functions of damaged tissues or organs. Among materials for scaffolds, polycaprolactone(PCL) and ${\beta}$-tricalcium phosphate(${\beta}$-TCP) are biodegradable and biocompatible. In this study, we fabricated 3D PCL, blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %), and pure ${\beta}$-TCP scaffolds by a multi-head scaffold fabrication system. Scaffolds with a pore size of $600{\pm}20{\mu}m$ was observed by scanning electron microscopy. The effects of 3D PCL, blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %) and pure ${\beta}$-TCP scaffolds were analyzed by evaluating their mechanical characteristics. In addition, in an in-vitro study using osteoblast-like saos-2 cells, we confirmed the effects of 3D scaffolds on cellular behaviors such as cell adhesion and proliferation. In summary, the 3D blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %) scaffold was found to be suitable for human cancellous bone in terms of its the compressive strength, biocompatibility, and osteoconductivity. Thus, blending PCL and ${\beta}$-TCP could be a promising approach for fabricating 3D scaffolds for effective bone regeneration.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• v.36 no.1
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• pp.39-49
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• 2006

1. 목 적 이 연구의 목적은 성견의 하악 골 결손부에 이식한 생체 유래 골 이식재에 대한 치조골의 반응을 알아보는 것이다. 2. 연구방법 및 재료 생후 1년 이상 된 성견 4마리의 하악 제2소구치 및 제 4 소구치를 발거하고 발치와에 금원심 폭경 8mm, 협설 폭경 5mm, 치조정에서의 깊이 6mm인 결손부를 형성하였다. 4주간의 자연 치유 후 판막을 형성하여 결손부의 크기를 확인하였다. 각각의 결손부 크기가 일정하도록 수정한 후 '이식재+차폐막'군에는 OCS-B을 이식하고 Bio-gide을 차단막으로 사용한 후 봉합하고 '이식재군'은 OCS-B 이식 후 차폐막 없이 봉합하였으며 '비이식'군은 아무런 처치없이 일차봉합하였다. 수술 4, 6주에 실험동물을 각각 희생시켜 실험부위를 적출하고 비탈회 연마 표본을 제작하여 골 치유 양성을 조직학적 및 조직계측학적으로 관찰하였다. 3. 연구결과 이식재 비이식군 및 이식군 모돼서 별다른 부작용없이 잘 치유되었다. 세 실험군 모두에서 술후 4주에 비교하여 술 후 6주에서의 결손부 산생골 형성량이 증가하였다. 술후 4주 소견에서 비이식군은 결손부 주변부위에서 골이 생성되어 나오는 양상을 보였으며 이식군은 이식재 주변으로 골침착 시작되는 것을 관찰할 수 있었다. 술후 6주 소견에서 비이식군은 결손부 경계부로부터의 지속적인 골 생성을 관찰할 수 있었으며 이식군은 이식재 주변으로 침착된 골의 양이 많아지고 신생골이 가교를 형성하는 것을 관찰할 수 있었다. 4. 결 론 차폐막 유무와 상관없이 OCS-B는 염증반응을 전혀 일으키지 않았으며 우수한 골 전도성을 보였다. 또한 결손부의 형태를 잘 유지하여 골재생을 위한 공간을 확보할 수 있었다. 이는 OCS-B가 골이식재로서의 필요조건을 갖추었음을 확인한 결과이며 보다 장기적인 관찰에서 OCS-B의 흡수 가능성을 확인하는 것이 필요할 것으로 보인다.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• v.36 no.1
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• pp.15-26
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• 2006

흡수성 차페막을 이용한 조직 유도 재생술시 차폐막의 견고성으로 미루어 보아 재생을 위한 공간의 유지가 어려울 수 있다. 조직 유도 재생술과 함께 골이식술을 시행함으로써 공간 확보와 함께 적절한 혈병의 유지를 도모할 수 있고 이식된 골은 선생골 형성을 위한 핵으로 작용할 수도 있다. 최근에 사람의 치아회분말과 연석고를 혼합한 골이식재가 여러 연구를 통해 좋은 골이식재로 평가되었다. 본 연구에서는 성견 하악 소구치 2급 치근이개부위에 외과적으로 형성하여 흡수성 차폐막과 치아회분말-연석고 혼합 이식재를 이용한 조직유도재생 술을 시행하여 치주 조직 재생의 양상을 조직학적으로 관찰하고자 한다. 생후 12개월에서 16개윌 된 체중 15 Kg 내외의 성견 4마리를 이용하였다. 실험 재료로 생체흡수성 차폐막 (Biogide(R), Swiss) 를 사용하였고, 골이식재로 치아회분말-연석고를 혼합매식 하였다. 양측 상악 소구치 부위에 변연 치조골하방에 4 mm ${\times}$ 4 mm ${\times}$ 4 mm, (깊이 ${\times}$ 근원심 ${\times}$ 협설폭경) 깊이로 골내낭을 형성하였다. 형성된 골내낭의 기저부위 치근 표면에 1/4 round bur로 notch를 형성하여 참고점으로 하였다. 무작위로 선택된 한 쪽의 결손부를 대조군으로 오직 생체 흡수성 차폐막을 사용하였고, 실험군으로 치아회분말-연석고와 생체 흡수성 차폐막을 결손부로부터 2 mm 이상 덮을 수 있도록 다듬어 결손부 위에 위치시킨 후 협측 판막을 덮고 봉합하였다. 4주 후 2마리 ,8주 후 2마리를 희생시키고 통상의 방법으로 고정, 탈회, 포매의 과정을 거쳐 광학 현미경으로 검경하였다. 그 결과, 1. 4주 대조군에서 Bio-gide(R)는 완전한 흡수를 보였고, 치근이개부내에는 큰 공간이 존재하였다. 2. 4주 실험군에서 역시 Bio-gide(R)는 완전한 흡수를 보였고, 골 결손부내에 더 많은 신생골 관찰되었다. 그러나 아직까진 기존골과 신생골간에 명확한 차이가 있어서 쉽게 구분할 수 있었다. 또한 골이식재 주변으로 파골세포가 다수 관찰되며 이로 미루어 보아 활발한 골흡수가 일어남을 알 수 있었다. 3. 8주 대조군에서 결손부내에서는 기존골에 인접하여 신생골 형성이 부분적으로 일어났으나 연조직 침입이 관찰되었다. 4. 8주 실험군은 신생골이 기존골과 매우 유사한 형태로 관찰되었고, 신생골 형성 부위에 신생 혈관 증식이 관찰되었다. 또한 골내낭 기저부위에서는 백악질과, 치주인대가 재생됨이 관찰되었다. 이상의 결과에서 치아회분말-연석고 혼합매식은 골재생을 위한 골전도성이 있는 재료로 사료되며, 이를 이용히여 치주조직재생술시 흡수성 차폐막과 병행하여 사용한다면 더 많은 골재생이 있을 것으로 기대된다.