Ⅰ. 서 론
Silver diamine fluoride(SDF)는 전문가 불소도포에 이용되는 투명한 염기성 용액으로 1960년대에 일본에서 임상적인 사용이 승인되었으며, 2014년 미국 식약청에서 상아질 지각 과민 처치제로 승인을 받은 이후로 널리 사용되고 있다[1,2]. SDF는 2개의 암모니아 분자가 은이온과 결합한 형태인 diamine silver 이온과 불소 이온으로 구성되어 있다. 이중 은이온은 치아의 표면에 은염을 침착시키며 직접적으로 박테리아의 세포막을 파괴하고, 단백질을 변성시키며, 유전자의 전사를 억제하여 항미생물 효과를 가진다[3,4]. 불소 이온의 경우 불화인회석을 생성하여 치아의 내산성을 증가시키며 탈회와 재광화 비율을 조율하고 미생물의 대사과정에 영향을 주어 우식 정지 및 재광화 효과를 가진다[5].
SDF를 우식병소에 적용하였을 때, 병소 깊이의 감소와 무기질 밀도의 증가가 보고되었다[3,6]. 또한 이전의 임상 연구에서 SDF가 영유아 및 소아에서 효과적으로 우식을 정지시킬 수 있으며 SDF의 연 1회 도포가 3개월 간격의 불소 바니쉬 도포와 비교하였을 때 더 효과적으로 치질의 재광화 및 우식 진행을 예방하는 효과를 보였음이 보고되었다[7]. 반면, SDF의 단점으로는 흐름성이 높아 구강내 환경에서 우식 병소와의 접촉 시간이 한정적이고 타액으로 인해 SDF의 불소 농도가 저하될 가능성이 있으며[1], 적용한 부위가 검은색으로 변색되는 점이 있다[8]. 이러한 문제점들을 개선하기 위하여 SDF의 도포 이후 5% 불화나트륨 바니쉬(sodium fluoride, NaF)나 요오드화칼륨(potassium iodide, KI)을 부가적으로 적용하여 SDF의 단점을 극복하고 임상적 적용을 보편화 하기 위한 다양한 시도들이 계속되고 있다.
NaF 바니쉬는 불소 이온과 치면의 접촉시간을 증가시켜주며, 이로 인해 불소의 법랑질과의 반응성이 높아지게 되어 불소도포의 효과를 높일 수 있다. 또한 NaF 바니쉬는 지속적으로 천천히 불소를 방출할 수 있기 때문에 가장 효과적인 불소도포 제제 중 하나로 임상에 많이 사용되고 있다[9,10]. 이와 같은 관점에서 SDF 적용 시 NaF 바니쉬를 도포하여 SDF 용액을 치면에 오래 잔류할 수 있도록 보호하고, NaF에 포함된 추가적인 불소로 인해 재광화 능력이 상승할 수 있도록 하는 방법이 제안되었으나[11,12], 아직 이에 대한 연구는 부족한 상황이다.
KI는 SDF 사용으로 인한 치아의 변색의 단점을 보완하기 위해 소개되었다. SDF가 치아의 구성 성분인 수산화인회석과 반응하면 불화칼슘과 인산은, 그리고 암모니아가 생성되며, 인산은에 존재하는 잔여 은이온에 의해 검은색으로의 변색이 일어나게 된다. 그러나 SDF를 도포한 직후 KI를 도포할 경우 KI가 인산은과 반응하여 잔여 은이온이 제거되기 때문에 변색을 줄일 수 있다고 보고되고 있다[13]. 그러나 이러한 기전이 SDF의 우식 정지 및 재광화 효과를 감소시킬 가능성이 있다는 의문이 제기되면서 이와 관련된 연구들이 보고되었으나, 연구 목적과 방법, 사용된 시편의 처리 과정에 따라 결과에 차이를 보였다[13-17].
이 연구의 목적은 silver diamine fluoride(SDF)를 도포할 때 5% 불화나트륨(sodium fluoride, NaF) 바니쉬와 요오드화 칼륨(potassium iodide, KI)이 SDF의 재광화 효과에 미치는 영향을 유치의 법랑질 인공 우식 병소에서 미세경도의 변화를 통해 측정하고, 도포 전과 후의 표면 형태를 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 통해 관찰하여 비교하는 것이다.
Ⅱ. 연구재료 및 방법
이 연구는 단국대학교 치과병원 임상시험위원회(Institutional Review Board, IRB)의 승인을 받아 시행되었다(IRB NO: DKUDH IRB 2020-09-008).
1. 연구재료
이 연구를 위하여 38% SDF인 Riva star Step 1(SDI Ltd., Victoria, Australia)을 사용하였으며 KI 용액으로는 Riva star Step 2(SDI Ltd., Victoria, Australia), NaF Varnish로는 5% NaF인 3MTM Fast Release Varnish(3M ESPE, St. Paul, USA)를 사용하였다.
연구를 위한 시편에는 탈락 시기가 임박하여 발치된 유구치 중 발치 후 3개월이 경과되지 않고 인접면 우식 병소가 없는 건전한 치아 72개를 사용하였다. 선택된 치아는 발치 직후 0.1% thymol 용액에 담아 4℃에 보관하였다.
2. 연구방법
1) 시편제작
이 연구의 과정을 Fig. 1에 나타내었다. 시편 제작을 위하여 발치된 치아 중 법랑질의 미세경도가 270 - 340 Vickers hardness number(VHN)를 갖는 치아만을 사용하였다. 치아의 표면의 잔여조직 및 착색을 ultra scaler를 이용하여 제거하였다. 실험에 필요한 규격과 형태의 주형을 제작하기 위하여 3D 프린터를 활용하였으며 poly lactic acid 필라멘트로 17.0 mm × 17.0 mm × 12.0 mm 크기의 주형을 제작한 후 시편을 클리어 레진을 이용하여 매몰하고 Struers Labopol-5 시편연마기(Struers Inc., Cleveland, US)에 220, 600, 1200, 2400 grit silicon carbamide sand paper(R&B Inc., Daejeon, Korea)를 순차적으로 이용하여 표면을 연마하였다(Fig. 2).
2) 법랑질 인공 우식 병소 유발
총 72개의 중 연마된 법랑질의 표면 관찰을 위한 2개의 시편을 제외하고 나머지 70개의 시편에 대하여 법랑질의 인공 우식 병소를 유발하기 위해 2.2 mM CaCl2, 2.2 mM KH2PO4, 50 mM acetate를 이용하여 pH 4.4의 탈회용액을 제작한 후 상온에서 96시간 동안 담가 보관하여 인공 우식을 유발하였다[18].
3) Pre-treatment evaluation
법랑질의 초기 우식이 유발된 시편을 증류수로 1분간 세척하였다. 이후 연구에 사용된 각 우식 정지 제제가 미치는 영향을 평가하기 위하여 우식 정지 제제 도포 이전에 미세경도를 측정 및 SEM 촬영을 시행하였다.
(1) 미세경도 측정
우식이 유발된 70개의 시편 중 68개의 시편을 이용하여 비커스 미세경도(VHNlesion)를 측정하였다. 이를 위해 Micro hardness testing machine(Mitutoyo, Kawasaki-shi, Japan)을 이용하여 가압 시간(dwelling time) 10초, 0.5 kgf의 하중 조건하에서 시편당 가장 멀리 떨어진 3곳의 측정 지점을 선택하여 미세경도를 측정한 후 평균값을 산출하였다.
(2) SEM을 이용한 표면 미세구조 관찰
우식 유발된 70개의 시편 중 2개의 시편에 금 코팅을 한 후 SEM(Sigma 300, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)을 이용하여 5 kV의 전압 하에서 인공 우식이 유발된 법랑질의 표면 미세구조를 3000배율, 8000배율로 관찰하였다.
4) 시편 분류 및 우식 재광화 제제 도포
미세경도를 측정했던 68개의 시편을 무작위로 4개의 군으로 분류하였다. I군에는 SDF를 1분간 적용한 후 건조시켰으며, II군에는 SDF를 1분간 적용한 후 건조 시킨 뒤 NaF 바니쉬를 추가적으로 도포하였다. 도포한 NaF 바니쉬는 1시간 후 증류수를 이용하여 수세하였다. III군에는 SDF를 적용한 후 제조사 지시에 따라 KI를 곧바로 적용하였다. IV군은 증류수를 1분간 적용하였다.
5) pH Cycling
연구에 사용된 각 제제가 법랑질 인공 우식의 재광화에 미치는 영향을 평가하기 위하여 Mei 등[18]의 프로토콜에 따라 20 mM HEPES, 1.5 mM CaCl2, 0.9 mM KH2PO4, 150 mM KCl을 이용하여 pH 7.0의 재광화 용액을 제작하였으며, 1.5 mM CaCl2, 0.9 mM KH2PO4, 50 mM acetate를 이용하여 pH 5.0의 탈회 용액을 제작하여 pH cycling을 시행하였다. 각 군의 시편들을 상온의 탈회 용액에서 3시간, 재광화 용액에서 21시간 동안 침지 시켰으며, 총 8일간 이 과정을 반복했다. 한 용액에서 다른 용액으로 이동할 때 증류수를 이용하여 30초간 세척하였으며 각 용액은 매일 새로운 용액으로 교체하였다.
Ⅲ. 연구성적
1. 미세경도 변화
Pre-treatment와 Post-treatment 시에 측정한 VHNlesion과 VHNpost의 값은 Table 1과 같은 결과를 얻었다. 각 군의 VHNlesion 사이에는 유의한 차이가 없었으며(p=0.61), pH cycling 이후 미세경도를 측정한 VHNpost에서 VHNlesion과 비교하였을 때 모든 군에서 각각 미세경도의 증가가 관찰되었다(p=0.00). Posttreatment와 Pre-treatment의 미세경도의 차이인 ΔVHN은 Table 1, Table 2, Fig. 3와 같은 결과를 얻었다. SDF를 처리한 후 KI를 도포한 III군이 I군, II군, IV군과 비교하여 가장 큰 미세경도의 증가를 보였다(p<0.05). SDF만을 도포한 I군과 SDF 도포 후 NaF 바니쉬를 추가적으로 도포한 II군 사이에는 유의미한 차이가 없었다(p=0.51). I군, II군, III군 모두 증류수만을 도포한 IV군과 비교하여 더 큰 미세경도의 증가를 보였다(p<0.05).
Ⅳ. 총괄 및 고찰
구강 내에서 치아 우식은 식이요소와 미생물 대사, 탈회 및 재광화 과정, 유기물의 분해 과정이 복합적으로 연관되어 발생한다[2]. 이 연구는 이 중 SDF와 함께 사용할 수 있는 NaF 바니쉬와 KI가 SDF의 재광화 효과에 미칠 수 있는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 이를 위해 실제 구강 내에서의 pH와 관련된 역동적인 변화과정을 재현하기 위하여 Mei 등[18]이 제안한 방법에 따라 인공 우식을 유발하였으며 이 연구 이전에 진행한 pilot study 및 Kim 등[19]의 연구를 고려하여 pH cycling을 총 8일간 진행하였다.
이 연구에서 SDF만을 도포한 군의 경우 대조군과 비교하여 미세경도의 증가가 관찰되었다(p=0.00). SDF가 우식 정지와 재광화에 영향을 주는 기전에 대하여 정확하게 밝혀진 바는 없으나 이는 SDF 사용 이후 법랑질의 초기 우식에서 미세경도 및 무기질 밀도가 증가한다는 이전의 연구와 일치하는 결과이다[1,3,6,16].
SDF와 NaF 바니쉬를 도포한 II군은 증류수를 도포한 IV군과 비교하였을 때는 미세경도가 더 크게 증가하였으나(p=0.00), SDF만을 도포한 I군과는 차이가 없었으며(p=0.51), 이 연구에서 NaF 바니쉬가 SDF의 재광화 효과의 증가에 유의미한 영향을 주지 못하였음을 의미한다. 그 원인으로 Yu 등[1]은 탈회된 법랑질에서의 불소는 불안정한 형태인 불화 칼슘으로 치면에 존재하며 pH가 낮아질 때 불화칼슘이 용해되어 불소가 방출되고 안정된 형태인 불화인회석으로 치아에 결합되게 되는데 치면에 충분한 양의 칼슘이온이 존재하지 않아 NaF 바니쉬를 통해 추가적인 불소를 도포하여도 차이가 없었을 수 있다고 하였다. 또다른 원인으로는 연구에 사용된 Fast Release Varnish의 경우 1시간 이내에 불소 이온의 56.1%가 방출되며, 4시간 이내에 93.8%의 불소 이온이 방출되는데 이 연구에서는 임상 상황에서 식음료 섭취를 금하는 시간을 고려하여 도포 1시간 후에 바니쉬를 수세하였다. 이로 인해 불소 이온이 충분하게 방출되지 못하여 SDF의 재광화 효과 증가에 유의미한 영향을 주지 못했을 가능성이 존재하며 추후 시간 조건을 다르게 설정한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료되었다.
이 연구를 진행하기 전 III군의 경우 KI의 작용기전으로 인해 잔여 은이온이 제거되기 때문에 SDF의 재광화를 저해하여 미세 경도의 증가량이 I군이나 II군과 비교하여 더 작을 것으로 예상했으나 연구 결과 III군에서 가장 높은 미세경도의 증가가 나타났다(p<0.05). Sorkhdini 등[16]은 은이온은 치아의 구성성분과 강한 화학적인 결합을 이루지 못하기 때문에 SDF를 도포하였을 때 치아의 표면에 침착되었던 은염이 pH cycling 중 탈회 시에 은이온으로 방출되었다가, 재광화 시 다시 침착되기를 반복하면서 치면에서 불소에 의한 효과적인 재광화를 일부 방해할 수 있다고 하였다. 그런데 KI를 도포한 경우 잔여 은이온을 제거하기 때문에 보다 효과적인 재광화가 일어난 것으로 추측해 볼 수 있으나 이에 대해서는 추후 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다. 또한 실제 구강 내에서는 우식 병소의 진행이 이 연구에서의 조건과 같이 pH의 변화에만 의존하지 않으며 Streptococcus mutans와 같은 미생물과 연관된 요소도 함께 고려해야 하는데 잔여 은이온이 뛰어난 항미생물 효과를 가지므로 실제 임상에서 나타나는 양상과 이 연구의 결과가 차이가 있을 수 있다.
이 연구의 pH cycling이 구강 내에서의 재광화를 재현하고자 하였으므로 대조군인 IV군에서도 미세경도의 증가를 보였으나(p=0.00), 그 변화 정도는 가정 적게 나타났다.
건전한 법랑질의 표면은 인회석 결정이 치밀하게 쌓여 있는 구조로 결정의 방향이 고도로 조직화되어 있으며, 법랑소주와 소주간법랑질, 소주초로 이루어져 있다. 법랑소주는 소주의 장축 방향에 평행한 배열을 하고 있는 결정들로 이루어져 있으며, 소주간법랑질 구역은 법랑소주를 구성하는 결정과는 다른 방향으로 배열되어 있는 결정들로 이루어지며 인접한 개개의 법랑소주를 둘러싸고 있다[20]. 이 연구에서 SEM을 분석한 결과 대조군인 IV군에서는 결정구조가 가장 불규칙하게 관찰되었으며, 실험군인 I군, II군과 III군에서는 결정구조가 우식 유발 후의 시편이나 IV군과 비교하여 규칙적인 형태를 가지는 것으로 보아 재광화가 이루어졌음을 예측해 볼 수 있다. 또한 III군에서는 무정형의 결정체가 피막의 형태로 관찰되었는데, 이와 같은 형태는 Kim 등[21]의 연구에서 5% NaF 바니쉬와 SDF를 도포한 군에서도 유사하게 관찰되었다.
이 연구에서는 재광화의 효과를 vickers microhardness를 이용하여 측정하였기 때문에 측정값이 시편 표면의 재광화 정도를 온전히 대표하지 못할 수 있다는 한계를 지니고 있다. 또한 구강 내에서의 pH 변화와 관련된 우식 병소의 진행만을 가정하였기 때문에 다양하고 유동적인 구강 내에서의 병소와는 차이가 있다는 한계점을 가지고 있다. 추후 이를 고려한 관련된 연구가 추가적으로 진행된다면 SDF의 재광화 효과를 증진시키기 위해 사용할 수 있는 제제들에 대한 폭넓은 이해가 가능할 것으로 생각된다.
Ⅴ. 결 론
이 연구는 NaF 바니쉬와 KI를 함께 사용하였을 때 SDF가 법랑질 우식의 재광화 효과에 미치는 영향을 미세경도 측정을 통해 알아보고 그 표면을 관찰해 본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
미세경도는 SDF, SDF와 NaF 바니쉬, SDF와 KI를 도포한 군 모두에서 유의하게 증가했으며 SDF와 KI를 함께 도포한 경우 가장 높게 나타났고 SDF만을 도포한 군과 SDF와 NaF 바니쉬를 함께 도포한 군 사이에는 유의한 차이가 없었다.
SEM 관찰 결과 SDF, SDF와 NaF 바니쉬 그리고 SDF와 KI를 도포한 군이 우식 유발 직후나 증류수를 도포한 군과 비교하여 표면이 더 균일해지고 불규칙성이 감소된 양상을 보였으며, SDF와 KI를 도포한 군에서 무정형의 피막 형태의 침착이 나타났다.
이 결과를 종합해 보면 이 연구의 제한된 조건 하에서 NaF 바니쉬를 사용하였을 때에는 SDF의 재광화 효과를 증가시키지 못 했으며, SDF와 KI를 함께 도포한 경우 SDF의 재광화가 효과가 증가되는 결과를 보였다.
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