펩타이드가 고정된 치과용 임플란트의 제조 및 특성 평가
Fabrication and characterization of peptide immobilized titanium dental implant
초록/요약
최근 치과용 임플란트 연구는 생체 내 골 형성을 유도하는 세포 외 기질물질이나 세포 성장인자 등 생체 활성 물질을 티타늄 산화표면에 고정하여 능동적으로 임플란트 표면의 강한 골 결합과 골 유착을 유도하는 연구들이 진행되고 있다. 이러한 생체활성물질을 티타늄 산화 막에 고정하기 위해서는 생체활성물질과 티타늄 산화 막을 연결하기 위해 실란 화합물이 대표적으로 많이 사용되는데 자연 산화된 티타늄 산화 막에서의 실란 반응은 티타늄 표면의 낮은 하이드록시기 농도로 인해 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 불안정성을 극복하기 위해 양극 산화된 티타늄 산화막에 자기 조립 박막 방식으로 aminopropyltriethoxysilane (APTES), poly-L-lysine (PLL)를 고정하고 이를 이용하여 생체 물질을 고정하는 실험을 수행하였다. 또한 이를 이용하여 BMP-2 유래 합성 펩타이드를 표면에 고정하고 이에 대한 세포 흡착능과 분화능을 확인하였다. 고정된 APTES 와 PLL 박막의 화학적 안정성을 평가하기 위해 APTES 와 PLL 의 아민 작용기와 형광물질을 고정하여 생체내 유사 용액에 담가 놓아 1달 동안 표면에서 해리되어 나오는 형광 변화를 평가하였다. 또한, 물리적 안전성은 미국 식약청에서 지정하는 ASTM 1044법을 이용하여 확인하였다. 그 결과 양극산화된 티타늄 산화막에 고정된 APTES, PLL 층에서는 1 달 동안 2 % 이하의 형광물질 해리가 관찰되었으며 이는 자연산화막에 비하여 5배 이상 안정적임을 확인할 수 있었다. APTES와 PLL 박막의 물리적 안정성 역시 37, 30 MPa로 또한 미국 식약청 기준인 20 MPa 를 상회하는 안정성을 확보하였음을 확인하였다. 이러한 안정한 실란 층을 이용하여 생체 활성 펩타이드를 이를 고정한 뒤 세포와의 활성을 평가하였다. 그 결과 APTES 박막에 고정된 펩타이드에서 세포에 대해 무독성이며 양극산화된 티타늄 산화기판에 비해 BMP-2 단백질과 유사한 정도의 활성인 30 % 향상된 세포 흡착능과 세포 분화능을 나타냄을 확인하였다. 이를 통해 양극산화된 티타늄 산화기판에 고정된 APTES에 고정된 펩타이드를 이용하여 빠른 치료를 위한 우수한 골 형성을 유도 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.
more초록/요약
Recently, for increase the cell/implant interaction, promising surface treatments of dental/orthopedic implant involve implant surface treatments with bioactive materials such as extracellular matrix (fibronectin, RGD, collagen, etc.) or growth factors (BMPs, OGP, etc.) This strategy allows obtaining a bioactive surface able to induce specific and strong cell-implant interaction. For the covalent immobilization of biomolecules, we use silanization on the Ti anodized surface. Silanization of titanium oxide (TiO₂) is well-known method to fabricate bonding between biomolecule and titanium oxide surface. But, silanization of Ti native oxide is limited by the low surface hydroxyl (OH) group content of Ti native oxide surface. In this study we investigated the stability of self-assembled aminopropyltriethoxysilane (APTES), poly-L-lysine (PLL) layer immobilized on anodized Ti oxide. The chemical stability of the APTES layer on each substrate was evaluated by the change of fluorescent intensity of substrate immerged solution. And, physical stability of APTES, PLL layer was also measured by the ASTM F1044 that is permitted by FDA. APTES, PLL layer on the anodized TiO₂ was formed the most stable coupling layer indicating less than 2 % decrease in fluorescence intensity after immersing the sample in the buffered saline solution for 1 month and measured it has 37 MPa, 30 MPa static shear strength respectively, higher than FDA standard (20 MPa). An oligo-peptide mediated from BMP-2 protein was linked to the APTES , PLL layer prior to cell adhesion step. From in vitro cell adhesion and proliferation test, peptide on the APTES layer was found that it has noncytotoxicity and optical density by the adsorption and propagation of the osteoblast was increased above 30 % in the present of peptide immobilized on anodized TiO₂, which is almost same activity of BMP-2 whole protein. Therefore, the APTES coupling layer on anodized TiO₂ provides adequate stability and optimal surface condition for effective osteointegration of the osteoblast cell for fast healing process.
more목차
I. Introduction = 1
II. Material and Method = 5
III. Results and Discussion = 13
IV. Conclusions = 55
V. References = 58
